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2019 年度 実績報告書

X線レーザーとナノ構造形成技術を駆使した高速電子密度マッピング

研究課題

研究課題/領域番号 17H04819
研究機関北海道大学

研究代表者

鈴木 明大  北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (20781850)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードX線イメージング / フォトリソグラフィ / X線自由電子レーザー / コヒーレントX線回折 / 位相回復計算
研究実績の概要

パルス状コヒーレントX線溶液散乱(PCXSS)法と名付けたX線イメージング法は、短波長性・超短パルス性・高い空間コヒーレンスという特長をもつX線自由電子レーザー(XFEL)と、独自開発の溶液試料環境セル(MLEA)によって、溶液試料のナノ空間分解能観察を可能にする。令和元年度は、以下の3つの項目で研究を進めた。
1.SiN膜からのバックグラウンド散乱の低減:PCXSS法の更なる高感度化・高空間分解能化の実現には、MLEAからのバックグラウンド散乱の低減が必要であることが、実際のXFEL実験を通じて分かってきた。そこで、今までと同様のリソグラフィプロセスで、X線入出射窓として利用しているSiN膜をどこまで薄くできるかを検討した。その結果、厚さが20 nmであってもX線入出射窓の作製が可能であり、かつ、期待通りにバックグラウンド散乱が低減されることを確認した。
2.ハイパフォーマンスコンピュータを利用した位相回復計算:XFEL施設SACLAのハイパフォーマンスコンピュータを利用し、平成29年度から積み重ねてきた生細胞や機能性ナノ粒子のPCXSSデータの解析を進めた。取得した回折強度パターンを逆空間拘束として位相回復計算を行い、溶液中での試料像を再構成した。位相回復アルゴリズムにはRelaxed Averaged Alternating Reflections法、Error Reduction法、ならびにShrink Wrap法を利用した。
3.研究成果の査読付き国際学術誌への投稿:令和元年度は本研究計画の最終年度であるため、研究成果を査読付き国際学術誌に発表することにも注力した。ナノ構造体が表面に形成されたMLEAに関する成果は、Physical Chemistry Chemical Physics誌の2019 PCCP Hot Articlesに選出された。また、弱散乱物体のXFELイメージング法に関する研究も、査読付き国際学術誌にアクセプトされた。さらに、MLEA作製手順の詳細をまとめた論文も、現在レビュー中である。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Academia Sinica(台湾)(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      Academia Sinica(台湾)
  • [雑誌論文] Design of a liquid cell toward three-dimensional imaging of unidirectionally-aligned particles in solution using X-ray free-electron lasers2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Akihiro, Kimura Takashi, Yang Ying, Niida Yoshiya, Nishioka Akiko, Tachibana Tatsuro, Takei Masashi, Tono Kensuke, Yabashi Makina, Ishikawa Tetsuya, Oshima Tairo, Bessho Yoshitaka, Joti Yasumasa, Nishino Yoshinori
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 22 ページ: 2622~2628

    • DOI

      10.1039/C9CP03658J

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] XFEL coherent diffraction imaging for weakly scattering particles using heterodyne interference2020

    • 著者名/発表者名
      Chi-Feng Huang, Wei-Hau Chang, Ting-Kuo Lee, Yasumasa Joti, Yoshinori Nishino, Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Tetsuya Ishikawa, Keng S. Liang et al.,
    • 雑誌名

      AIP Advances (Accepted)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] パルス状コヒーレントX線溶液散乱法の現状と高度化に向けた取り組み2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木明大, 城地保昌, 別所義隆, 西野吉則
    • 学会等名
      第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [学会発表] 1粒子XFELイメージングのための超低バックグラウンド溶液試料セル開発に向けて2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木明大, 湯本博勝, 小山貴久, 城地保昌, 別所義隆, 登野健介, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 西野吉則
    • 学会等名
      第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [学会発表] X線レーザー回折による溶液中試料イメージング -高度化に向けた最新の取り組み-2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木明大
    • 学会等名
      レーザー学会「レーザーバイオ医療」技術専門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] X線レーザー回折による溶液試料のナノ構造分析2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木明大
    • 学会等名
      日本放射光学会 第11回若手研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Feasibility study on solution sample holding technique for XFEL based single-particle imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Suzuki
    • 学会等名
      SACLA Users' Meeting 2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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