データ取得と３Ｄ原子イメージ再生アルゴリズムの研究

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: ３Ｄ活性サイト科学
• 研究課題/領域番号: 26105013
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 松下 智裕 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 情報処理推進室, 室長・主席研究員 (10373523)
• 研究分担者: 八方 直久 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (30285431) ; 窪田 昌史 広島市立大学, 情報科学研究科, 助教 (60305787)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: アルゴリズム / 計算物理 / 物性理論 / 原子配列解析

研究実績の概要

原子分解能ホログラムを統一的に扱い、「3D活性サイト」の 3D原子像を再構成する高性能計算を行うために、4つの課題を掲げて研究を行った。【課題1】「共通3D解析プラットフォームの構築」として活性サイトの3D原子像再生を統一的に行うための「3D-AIR-IMAGE」を構築した。まず、原子像再生理論SPEA-L1の改良を進め、蛍光X線ホグラフィーにおいては、原子構造因子を取り込んだ理論を構築した。また、新型の光電子アナライザーが排出する高精度な光電子ホログラムに対して、平均自由行程の導入によりシミュレーションが高精度に一致するようになった。これをリンドープダイヤモンドのドーパント解析などに適用した。また、Python言語と3D-AIR-IMAGEが連動するように改良を加えた。【課題2】「高精度低ノイズ計測系開発」として3D-AIR-IMAGE上で動作する原子分解能ホログラムの測定システムの改良をおこなった。その一環として、蛍光X線極低温の測定システム開発を行なった。【課題3】「4D空間の高解像度再生」においては、大量のホログラムの像再生のために計算の高速化を行った。コア数の多い計算機よりもGPU計算機の方が高速に計算できることが示され、最終的に4,200倍の高速化を達成した。【課題4】「ホログラムのデータ処理技術」として、さまざまなタイプのバックグラウンド処理を3D-AIR-IMAGEに追加した。他の研究班にこれらの技術を提供し、多くの学会発表や論文発表の成果が得られた。国際会議ICESS2018に招待講演もあり、応用物理学会 シリコンテクノロジー分科会、論文賞を受賞した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Cluster Size Effect of X-Ray Fluorescence Hologram Simulation Using Sr0.95La0.05TiO3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ebisu, T. Matsushita, N. Happo, T. Ozaki
  • 雑誌名: Trans. Magn. Soc. Jpn. 巻: 44 ページ: 75-78
  • DOI: 10.14723/tmrsj.44.75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of graphite crystal analyzer for light elements on X-ray fluorescence holography measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Happo、T. Hada、A. Kubota、Y. Ebisu、S. Hosokawa、K. Kimura、H. Tajiri、T. Matsushita、K. Hayashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 ページ: 058006-1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.058006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by X-ray fluorescence holography (2018)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn、Y. Ideguchi、S. Hosokawa、N. Happo、T. Matsushita、K. Yubuta、M. Suzuki、H. Ishii、Y. Liao、K. Kimura、K. Hayashi
  • 雑誌名: Surf. Interface Anal. 巻: 50 ページ: 790-794
  • DOI: 10.1002/sia.6474
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Algorithm for Atomic Resolution Holography Using Modified L1-Regularized Linear Regression and Steepest Descent Method (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Matsushita
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi B 巻: 255 ページ: 1800091-1-6
  • DOI: 10.1002/pssb.201800091
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional atomic arrangement around active/inactive dopant sites in boron-doped diamond (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato、D. Tsujikawa、Y. Hashimoto、T. Yoshida、S. Fukami、H. Matsuda、M. Taguchi、T. Matsushita、H. Daimon
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 11 ページ: 061302-1-3
  • DOI: 10.7567/APEX.11.061302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principle and Reconstruction Algorithm for Atomic-Resolution Holography (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Matsushita、T. Muro、F. Matsui、N. Happo、S. Hosokawa、K. Ohoyama、A. Sato-Tomita、Y. C. Sasaki、K. Hayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 ページ: 061002-1-11
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.061002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local structural analysis of In‐doped Bi2Se3 topological insulator using X‐ray fluorescence holography (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura、K. Hayashi、L. V. Yashina、N. Happo、T. Nishioka、Y. Yamamoto、Y. Ebisu、T. Ozaki、S. Hosokawa、T. Matsushita、H. Tajiri
  • 雑誌名: Surf. Interface Anal. 巻: 51 ページ: 51-55
  • DOI: 10.1002/sia.6544
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-plane positional correlations among dopants in 10H type long period stacking ordered Mg75Zn10Y15 alloy studied by X-ray fluorescence holography (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nishioka、Y. Yamamoto、K. Kimura、K. Hagihara、H. Izuno、N. Happo、S. Hosokawa、E. Abe、M. Suzuki、T. Matsushita、K. Hayashi
  • 雑誌名: Materialia 巻: 3 ページ: 256-259
  • DOI: 10.1016/j.mtla.2018.09.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛍光X 線ホログラフィーによる3次元原子イメージ研究の進展 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川 伸也、林 好一、木村 耕治、八方 直久、松下 智裕
  • 雑誌名: 表面と真空 巻: 61 ページ: 784-789
  • DOI: 10.1380/vss.61.784
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of X-ray fluorescence holography to the analysis of the interior and surface of an yttrium oxide thin film (2018)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn、S. Hosokawa、N. Happo、H. Tajiri、T. Matsushita、K. Kaminaga、T. Fukumura、T. Hasegawa、K. Kimura、K. Hayashi
  • 雑誌名: Surf. Interface Anal. 巻: 51 ページ: 70-73
  • DOI: 10.1002/sia.6550
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Local Structure of FeSe0.4Te0.6 by Low‐Temperature X‐Ray Fluorescence Holography (2018)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn、Y. Ideguchi、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、M. Suzuki、H. Okazaki、A. Yamashita、Y. Takano、S. Hosokawa
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi B 巻: 255 ページ: 1800093-1-5
  • DOI: 10.1002/pssb.201800093
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heteroepitaxial barium-doped NaTaO3 films on SrTiO3(001) substrate (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Fujiwara、L. An、Y. Park、N. Happo、K. Hayashi、H. Onishi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 658 ページ: 66-72
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2018.05.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Imaging of Valence-Sensitive X-Ray Fluorescence Holograms of Fe3O4 (2018)
  • 著者名/発表者名: A. K. R. Ang、T. Matsushita、Y. Hashimoto、N. Happo、Y. Yamamoto、M. Mizugushi、A. Sato-Tomita、N. Shibayama、Y. C. Sasaki、K. Kimura、M. Taguchi、H. Daimon、K. Hayashi
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi B 巻: 255 ページ: 1800100-1-5
  • DOI: 10.1002/pssb.201800100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in AgxBi2-xSe3 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. He、X. Yang、T. Terao、T. Uchiyama、T. Ueno、K. Kobayashi、J. Akimitsu、T. Miyazaki、T. Nishioka、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、H. Yamaoka、H. Ishii、Y. -F. Liao、H. Ota、H. Goto、Y. Kubozono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 ページ: 104503-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.104503
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 蛍光X線ホログラムからの原子像再生の並列化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 窪田昌史，松下智裕，八方直久
  • 雑誌名: 情処研報 巻: Vol.2018-MPS-118,No.36 ページ: 1-6
• [雑誌論文] 蛍光X 線ホログラムからの3次元原子像再生のGPU実装 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原智裕，窪田昌史，松下智裕，八方直久，弘中哲夫
  • 雑誌名: 信学技報 巻: Vol.118,No.165,CPSY2018-25 ページ: 187-192
• [学会発表] 光電子ホログラフィーの高精度シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 松下智裕、室隆桂之、横谷尚睦
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 14th International Conference on Electronic Spectroscopy and Structure (ICESS-14) (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Matsushita、Takayuki Muro、Toyohiko Kinoshita、Fumihiko Matsui、Hiroshi Daimon、Naohisa Happo、Shinya Hosokakawa、Kenji Ohoyama、Kazuo Tsutsui、Takayoshi Yokoya、Kouichi Hayashii
  • 学会等名: Three-dimensional atomic imaging of dopants using atomic resolution holography
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomic resolution holography (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohniro Matsushita
  • 学会等名: The first international workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 像再生班の研究成果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松下智裕、八方直久、窪田昌史
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] Analysis software for photoelectron holography and x-ray fluorescence holography (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Matsushita、Naohisa Happo、 Atsushi Kubota、Kazuo Tsutsui、Takayuki Muro、Koichi Hayashi
  • 学会等名: Symposium on 3D Active-site Science in London
• [学会発表] 蛍光 X 線ホログラフィーによる YbInCu4価数揺動物質の価数選択的 3 次元局所構造の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、八方直久、林好一、木村耕治、Jens R. Stellhorn、佐藤仁、平岡耕一
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] 蛍光Ｘ線ホログラフィーによるマルチフェロイック物質Pb(Fe1/2Nb1/2)O3のPb位置シフト解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村耕治、横地恒平、近藤陸弥、漆原大典、尾原幸治、八方直久、浅香透、松下智裕、岩田真、林好一
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] J-PARCでの白色中性子ホログラフィーによる軽元素局所構造研究―最近の成果と今後の計画― (2019)
  • 著者名/発表者名: 大山研司、杉本和哉、福本陽平、上地昇一、金澤雄輝、山本隆文、林 好一、八方直久、原田正英、及川健一、稲村泰弘、林 慶、齋藤 亘、宮﨑 讓
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] ５年間の蛍光Ｘ線・中性子線ホログラフィー実験装置の整備 (2019)
  • 著者名/発表者名: 八方直久、窪田昌史、松下智裕
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] シアン結合型ミオグロビンの活性サイト可視化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文菜、柴山修哉、八方直久、松下智裕、朴三用、木村耕治、林好一、佐々木裕次
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] 準安定相ε-Ga2O3の誘電特性と結晶構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡 大地、遊佐 昴、木村 耕治、Artoni Kevin R. Ang、八方 直久、林 好一、福村 知昭
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] 二次元検出器を用いた蛍光X線ホログラフィーによるZnO(001)及びGaN(001)単結晶の原子再生精度の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩間 司、平岡 将、八方直久、松下智裕、木下豊彦、林 好一、下村 勝
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] 中性子用ホログラムシミュレーションソフトの開発とBドープ6H-SiCの局所構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福本陽平、上地昇一、金沢雄輝、後藤雅司、大山研司、林好一、八方直久、波田拓馬、原田正英、及川健一、稲村泰弘、M. Lederer、P. Wellmann
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるYbInCu4価数揺動物質の価数選択性局所原子配列の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、八方直久、松下智裕、他7名
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 原子形状因子の異常を用いた蛍光X線ホロク゛ラフィーによるMnを添加したBi2Se3トホ゜ロシ゛カル物質近接元素種の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、八方直久、松下智裕、他4名
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 蛍光X線ホロク゛ラフィーによるマルチフェロイック物質 Pb(Fe1/2Nb1/2)O3の局所構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村耕治、八方直久、松下智裕、他7名
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 種々のX線発光実験を用いたCaCu3Ti4O12 の電子構造及ひ゛局所構造の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 手塚泰久、八方直久、他9名
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 蛍光 X 線ホロク゛ラフィーによるチタン酸シ゛ルコン酸鉛のBサイト原子の構造評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林好一、八方直久、他7名
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 2018年度前半の像再生班の研究成果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松下智裕、八方直久、窪田昌史
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 原子分解能ホログラフィーによる半導体ドーパント構造の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松下智裕
  • 学会等名: 第12回物性科学領域横断研究会
• [学会発表] Analysis Tools for Atomic Resolution Holography (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Matsushita、Naohisa Happo、Kouichi Hayashi
  • 学会等名: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science (TASPEC)
• [学会発表] 蛍光X線 ホログラフィーを用いたトポロジカル絶縁体Bi2Te3にドープされたMnの局所構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、松下智裕、八方直久、林好一
  • 学会等名: 第12回物性科学領域横断研究会
• [学会発表] Temperature dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa、J. R. Stellhorn、N. Happo、K. Hayashi、T. Matsushita、K. Yubuta
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Materials Having Multi-Degrees-of-Freedom
• [学会発表] 人工光合成光触媒モデルにドーピングした金属イオンの3D構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 笹原亮、八方直久、他4名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 電気磁気効果を示すPb(Fe1/2Nb1/2)O3の蛍光Ｘ線ホログラフィーによる局所構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村耕治、八方直久、松下智裕、他3名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 極低温（ 7K ）蛍光Ｘ線ホログラフィー実験装置の整備 (2018)
  • 著者名/発表者名: 八方直久、窪田昌史、松下智裕、他4名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによる熱電材料BドープMg2Siの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉本和哉、八方直久、他12名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 中性子用ホログラムシミュレーョンソフトの開発とBドープ６H-SiCの局所構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福本陽平、八方直久、他10名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 白色中性子ホログラフィーにおける適用範囲の拡大 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上地昇一、八方直久、他11名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 粉末中性子ホログラフィーの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 金澤雄輝、八方直久、他12名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] ミオグロビン活性サイトの原子分解能イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文菜、八方直久、松下智裕、他5名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるAl0.3CrFeCoNi高エントロピー合金中NiならびにCo近傍の局所構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仁木惇平、八方直久、他8名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] Al0.3CrFeCoNi高エントロピー合金の局所構造ならびにビッカース硬度に及ぼす室温時効の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塩田諒介、八方直久、他8名
  • 学会等名: 新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるAサイト秩序型ペロブスカイトCaCu3Ti4O12の局所構造研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 手塚泰久、八方直久、他7名
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Elemental identification of neighboring atoms by x-ray fluorescence holography using an anomalous atomic form factor (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa、J. R. Stellhorn、T. Matsushita、K. Kimura、K. Hayash、N. Happo、H. Ishii
  • 学会等名: The 14th Biennial Conference on High-Resolution X-Ray Diffraction and Imaging
• [学会発表] Local atomic arrangement near Nb and V in aged β-Ti alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto、Y. Ebisu、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、S. Hosokawa、H. Tajiri、T. Ozaki
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials - Processing
• [学会発表] Local atomic arrangement near a Ni atom in an FCC Al-Cr-Fe-Co-Ni high entropy alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Shioda、T. Yamamoto、Y. Ebisu、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、S. Hosokawa、H. Tajiri、T. Ozaki
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials
• [学会発表] Local structure near a Ni atom in a rapidly quenched Al0.3CrFeCoNi high entropy alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto、R. Shioda、J. Niki、Y. Ebisu、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、S. Hosokawa、T. Hiroo、T. Ozaki
  • 学会等名: The 25th International Symposium on Metastable - Amorphous and Nanostructured Materials (ISMANAM2018)
• [学会発表] Acceleration of 3D Atomic Image Reconstruction from X-ray Fluorescence Holograms Using GPU (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Hara、Atsushi Kubota、Tomohiro Matsushita、Naohisa Happo、Tetsuo Hironaka
  • 学会等名: SC18
• [学会発表] 蛍光X線ホログラムからの3次元原子像再生のGPUの単精度浮動小数点演算を用いた高速化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原智裕、窪田昌史、松下智裕、八方直久、弘中哲夫
  • 学会等名: 平成30年(第69回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
• [備考] 3D活性サイト科学
  • URL: http://www.3d-activesite.jp/