新型合わせ鏡式サブ100nm解像の軟X線実用顕微対物鏡の開発

• 研究課題/領域番号: 20760018
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 豊田 光紀 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40375168)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2009年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2008年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 軟X線 / 顕微鏡 / 対物鏡 / 非球面 / 多層膜 / 光学設計 / 収差論 / 反射光学系 / 反射結像系

研究概要

波長2-20nmの光を用いる軟X線顕微鏡では、空間分解能数10nmで生きたままの生体試料の元素分布像観察が期待される。本研究では、独自に見出した非球面光学系で期待される高い実用性を軟X線領域で実証するため、波長13nmの軟X線で動作し、サブ100nmの空間分解能を持つ新型対物鏡を試作し、結像特性を検証した。初めにMo/Si多層膜を2種の非球面基板上に成膜し、ミラーホルダに組み込み対物鏡を構成した。フィゾー干渉計により光軸調整を行った結果、対物鏡で生ずる波面収差は10.6nm rmsを得た。

研究成果

• [雑誌論文] High throughput and wide field of view EUV microscope for blur-free one-shot imaging of living organisms (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ejima, F. Ishida, H. Murata, M. Toyoda, T. Harada, T. Tsuru, T. Hatano, M. Yanagihara, M. Yamamoto, Haruo Mizutani
  • 雑誌名: Opt. Exp. 18 ページ: 7203-7209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design study of two-aspherical-mirror anastigmat with reduced sensitivities to misalignments: correction of higher-order aberrations (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Toyoda, M. Yanagihara
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Series 186 ページ: 12076-12076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-coincidence ion detection system for EUV-FEL fragmentation experiments at Spring-8 (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Motomura, L. Foucar, A. Czasch, N. Saito, O. Jagutzki, H. Schmidt-Boecking, R. Doerner, X.-J.Liu, H. Fukuzawa, G. Pruemper, K. Ueda, M. Okunishi, K. Shimada, T. Harada, M. Toyoda, M. Yanagihara, M. Yamamoto, H. Iwayama, K. Nagaya, M. Yao, A. Rudenko, J. Ullrich, M. Nagasono, A. Higashiya, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Ohashi, H. Kimura
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Methods A 606 ページ: 770-773
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frustration of direct photoionization of Ar clusters in intense extreme ultraviolet pulses from a free electron laser (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Iwayama, K. Nagaya, M. Yao, H. Fukuzawa, X.-J. Liu, G. Pruemper, M. Okunishi, K. Shimada, K. Ueda, T. Harada, M. Toyoda, M. Yanagihara, M. Yamamoto, K. Motomura, N. Saito, A. Rudenko, J. Ullrich, L. Foucar, A. Czasch, R. Doerner, M. Nagasono, A. Higashiya, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Ohashi, H. Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 42
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dead-time-free ion momentum spectroscopy of multiple ionization of Xe clusters irradiated by euv free-electron laser pulses (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Fukuzawa, X.-J. Liu, G. Pruemper, M. Okunishi, K. Shimada, K. Ueda, T. Harada, M. Toyoda, M. Yanagihara, M. Yamamoto, H. Iwayama, K. Nagaya, M. Yao, K. Motomura, N. Saito, A. Rudenko, J. Ullrich, L. Foucar, A. Czasch, R. Doerner, M. Nagasono, A. Higashiya, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Ohashi, H. Kimura
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 79 ページ: 31201-3201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design study of two-aspherical-mirror anastigmat with reduced sensitivities to misalignments : correction of higher-order aberrations (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Toyoda, M.Yanagihara
  • 雑誌名: J.Phys.Conf.Series 186 ページ: 12076-12076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-coincidence ion detection system for EUV-FEL fragmentation experiments at Spring-8 (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Motomura, K.Ueda, M.Toyoda, et.al.
  • 雑誌名: Nucl.Instrum.Methods A 606 ページ: 770-773
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frustration of direct photoionization of Ar clusters in intense extreme ultraviolet pulses from a free electron laser (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Iwayama, K.Ueda, M.Toyoda, et.al.
  • 雑誌名: J.Phys.B : At.Mol.Opt.Phys. 42 ページ: 134019-134019
  • 査読あり
• [学会発表] 広視野と高倍率を両立した軟X線多層膜顕微鏡の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 豊田光紀
  • 学会等名: 第10回X線結像光学シンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2009-11-07
• [学会発表] 広視野と高倍率を両立した軟x線多層膜顕微鏡の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 豊田光紀
  • 学会等名: 第10回X線結像光学シンポジウム
  • 発表場所: つくば市
• [学会発表] 軟x線用超高倍率顕微対物鏡の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 豊田光紀, 神野貴義, 原田哲男, 羽多野忠, 柳原美広
  • 学会等名: 第34回光学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] LPP光源を用いた透過型X線反射多層膜顕微鏡TXM3 (2009)
  • 著者名/発表者名: 江島丈雄, 中村芳雅, 豊田光紀, 原田哲男, 津留俊英, 羽多野忠, 柳原美広, 山本正樹
  • 学会等名: 第22回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] EUV-FEL光と運動量イメージングを用いたクラスター解離ダイナミクスの研究:クラスターサイズ依存性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岩山 洋士, 永谷清信, 八尾誠, 福澤宏宣, X. -J. Liu, G. Pruemper, 奥西み さき, 嶋田浩三, 上田潔, 原田哲男, 豊田光紀, 柳原美広, 山本正樹, 本村浩治, 齋藤則生, A. Rudenko, J. Ullrich, L. Fouca, A. Czasch, R. Doerner, 永園充, 東谷篤志, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 木村洋昭
  • 学会等名: 第22回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] EUV-FEL光と運動量イメージングを用いたクラスター解離ダイナミクスの研究:光強度依存性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 永谷 清信, 岩山洋士, 八尾誠, 福澤宏宣, X. -J. Liu, G. Pruemper, 奥西みさき, 嶋田浩三, 上田潔, 原田哲男, 豊田光紀, 柳原美広, 山本正樹, 本村浩治, 齋藤則生, A. Rudenko, J. Ullrich, L. Foucar, A. Czasch, R. Doerner, 永園充, 東谷篤志, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 木村洋昭
  • 学会等名: 第22回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] EUV-FEL利用実験に用いる多粒子同期計測システムの開発と評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 本村 浩治, 齋藤則生, 福澤宏宣, Liu XiaoJing, Pruemper Georg, 奥西みさき, 嶋田浩三, 上田潔, 原田哲男, 豊田光紀, 柳原美広, 山本正樹, 岩山洋士, 永谷清信, 八尾誠, Rudenko Artem, Ullrich Joachim, Foucar Lutz, Czasch Achim, Doerner Reinhard, 永園充, 東谷篤志, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 木村洋昭
  • 学会等名: 第22回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 極紫外自由電子レーザー照射によるN2およびO2分子多光子多重イオン化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 福澤宏宣, Liu XiaoJing, Pruemper Georg, 奥西みさき, 嶋田浩三, 上田潔, 原田哲男, 豊田光紀, 柳原美広, 山本正樹, 本村浩治, 齋藤則生, 岩山洋士, 永谷清信, 八尾誠, Rudenko Artem, Ullrich Joachim, Foucar Lutz, Czasch Achim, Doerner Reinhard, 永園充, 東谷篤志, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 木村洋昭
  • 学会等名: 第22回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 直入射非球面鏡による広視野軟X線結像系 (2008)
  • 著者名/発表者名: 豊田光紀, 山本正樹, 柳原美広
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会X線結像光学の最前線
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] 炭素の窓多層膜顕微鏡を目指した0. 1%オーダー精度波長マッチング技術の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 原田哲男, 神野貴義, 豊田光紀, 羽多野忠, 山本正樹
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会講演奨励賞受賞記念講演
  • 発表場所: 日井
• [学会発表] 直入射非球面鏡による広視野軟X線結像系 (2008)
  • 著者名/発表者名: 豊田光紀, 山本正樹, 柳原美広
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会x線結像光学の最前線
  • 発表場所: 春日井
• [学会発表] EUV自由電子レーザー集光用直入射光学系の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 豊田光紀, 原田哲男, 山本正樹, 柳原美広, 福澤宏宣, X.J. Liu, G. Prumper, 奥西みさき, 嶋田浩三, 上田潔, 岩山洋士, 永谷清信, 八尾誠, 本村幸治, 齋藤則生, A. Rudenko, J. Ullrich, L. Foucar, A. Czasch, R. Dorner, 石川顕一, 永園充, 東谷篤志, 矢橋牧名, 田中隆次, 石川哲也, 大橋治彦, 木村洋昭
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井
• [学会発表] レーザープラズマ光源を用いた透過型X線反射多層膜顕微鏡TXM3の開発3 (2008)
  • 著者名/発表者名: 江島丈雄, 中村芳雅, 豊田光紀, 原田哲男, 羽多野忠, 柳原美広
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井
• [学会発表] Multiple ionization of rare gas clusters using the EUV-FEL at SPring-8 (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Pruemper, H. Fukuzawa, X.J. Liu, M. Okunishi, K. Shimada, K. Ueda,T. Harada, M. Toyoda, M. Yanagihara, M. Yamamoto, N. Saito, K. Motomura, H. Iwayama, K. Nagaya, M. Yao, A. Rudenko, J. Ullrich, L. Foucar, A. Czasch, R. Doerner, M. Nagasono, A. Higashiya, M. Yabashi, T. Ishikawa, R. Tanaka, H. Ohashi, H. Kimura
  • 学会等名: 11th International Coference on Multiphoton Processes
  • 発表場所: Germany, Heidelberg
• [学会発表] Analytical Designing of Two-Aspherical-Mirror Optics for Soft X-Ray Imaging (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Toyoda, M. Yamamoto, M. Yanagihara
  • 学会等名: 9th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Switzerland, Zurich
• [学会発表] Exact Period Thickness Control of Soft X-ray Multilayers on Curved Substrates (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Harada, T. Jinno, M. Toyoda, T. Hatano, M. Yamamoto
  • 学会等名: 9th International Conference on X-Ray Microscopy
  • 発表場所: Switzerland, Zurich
• [備考]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=43
• [産業財産権] 反射型投影光学装置 (2009)
  • 発明者名: 豊田光紀
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 2009-152742
  • 出願年月日: 2009-06-26
• [産業財産権] 反射型投影光学装置 (2008)
  • 発明者名: 豊田光紀
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 2008-220382
  • 出願年月日: 2008-08-28