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低ランク行列多元分解法による非経験的ナノ物性マッピング法の拡張と実装

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 16H01544
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関名古屋大学

研究代表者

巽 一厳  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (00372532)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード走査透過型電子顕微鏡 / 電子線エネルギー損失分光 / 非負値行列因子分解 / 低ランク行列分解 / 多モード / EELS / EDX / ナノ物性マッピング / 電子磁気円二色性信号 / テンソル分解
研究実績の概要

ナノテクノロジーに代表される材料科学の分野において,多様な機能を発現させる各部位のダウンサイジングが量子力学の教える限界にまで達しつつある.このために機能材料開発及び機能発現機構解明にはナノメートルレベルでの分析が不可欠となっている.原子サイズレベルに絞った電子ビームを探針として用いる走査透過電子顕微鏡(STEM)とそれに付随する各種分光は,今やこの分野の世界的標準ツールとなっている.STEMに付随する電子分光(エネルギー分散型X線分光(EDX)及び電子エネルギー損失分光(EELS))で得られる3次元スペクトルデータI(x,y,E) ((x, y)は薄片試料上の電子プローブ位置,EはX線や電子線のエネルギー)は,各(E)点ごとに試料像を顕すためスペクトラムイメージ(SI)と呼ばれる.SIに含まれる化学状態を表す成分スペクトルを高効率かつ一意的に抽出する手法を開発することを本研究の目的としている.
各点から得られるスペクトルデータは,異なる化学状態に対応する少数の純スペクトル成分の一次結合で近似できる.この近似に基づき,一般的な電子顕微鏡分光データのモデリングに基づく非負値行列因子分解(NMF)を提案した.リチウム2次電池正極材料や生体における骨形成基板となる窒素添加したチタン酸化物など,広範な材料系においてこの解析手法は成果を挙げてきており,今後も,例えば分析領域の材料の不良個所や,マクロ特性の発生個所の可視化が従来に比較してよりロバストに実現されるものと期待される.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (1件)

  • [国際共同研究] ウプサラ大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] ユーリヒ総合研究機構(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Detection of local chemical states of lithium and their spatial mapping by scanning transmission electron microscopy, electron energy-loss spectroscopy and hyperspectral image analysis2017

    • 著者名/発表者名
      S. Muto, K. Tatsumi
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: 66 ページ: 39-49

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfw038

    • NAID

      120006305588

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetic measurements with atomic-plane resolution2016

    • 著者名/発表者名
      Rusz J, Muto S, Spiegelberg J, Adam R, Tatsumi K, Burgler DE, Oppeneer PM, Schneider CM
    • 雑誌名

      Nature Communication

      巻: 7 号: 1 ページ: 126721-7

    • DOI

      10.1038/ncomms12672

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sparse Modeling of EELS and EDX Spectral Imaging Data by Nonnegative Matrix Factorization2016

    • 著者名/発表者名
      Motoki Shiga, Kazuyoshi Tatsumi, Shunsuke Muto, Koji Tsuda, Yuta Yamamoto, Toshiyuki Mori, Takayoshi Tanji
    • 雑誌名

      Ultramicroscopy

      巻: 170 ページ: 43-59

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2016.08.006

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] スパースモデリングを用いた電子顕微鏡分光物性マッピング2017

    • 著者名/発表者名
      巽 一厳
    • 学会等名
      科学研究費補助金新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」 2017年度第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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