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2019 年度 実績報告書

スペクトロスコピックX線回折イメージングの開発と化学・磁気イメージングへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 17J01673
研究機関大阪大学

研究代表者

広瀬 真  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
キーワードコヒーレントX線回折イメージング / X線タイコグラフィ / コヒーレントX線光学 / 全変動正則化
研究実績の概要

最終年度は磁場印可システムを開発し,スペクトロスコピックコヒーレントX線回折イメージング(CXDI:Coherent X-ray Diffractive Imaging)をその場磁気ナノイメージングへ展開することを計画していたが,このためにはCXDIの測定スループットを向上することが必要不可欠であることが判明した.そこで本年度は部分コヒーレント光源である放射光の利用効率を高めるため,入射X線を空間的に多重化し,測定試料上の異なる領域を同時に照明するマルチビームCXDIを実現することを研究目的とした.マルチビームCXDIは前例のない手法であり,測定光学系の構想・開発に加えて位相回復法も考案する必要があった.
マルチビームX線を生成するため,多重スリットと全反射ミラーを用いた照明光学系を開発した.多重スリットのスリット幅を空間コヒーレンス長以下とし,スリット間隔を空間コヒーレンス以上に設定することにより,互いに干渉しない複数のコヒーレントX線を生成でき,放射光源の利用効率を高められる.そして多重スリット下流に全反射ミラーを配置し,焦点面に複数の集光X線を供給する光学系を構築した.位相回復では複数の波動場複素振幅と試料複素透過関数を再生できるアルゴリズムを考案した.さらに計算精度の向上を図るため,試料構造の平滑性を先験情報に使う全変動正則化を取り入れた.
実証実験はSPring-8 BL29XULにおいて行った.本光学系を導入して3つの集光X線を試料面に供給し,入射強度が従来光学系と比較して約3倍に増加されていることを確認した.試料からの回折強度パターンを計測し,開発した全変動正則化位相回復アルゴリズムを適用することにより,試料像と入射波動場を同時に再構成した.再構成された試料像の測定視野は約2倍に拡大されており,マルチビームCXDIによる高測定スループット化に成功した.

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。

備考

上記プレスリリースについては各大学においても類似の内容が其々公表されている.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Multibeam ptychography with synchrotron hard X-rays2020

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, T, Higashino, N. Ishiguro and Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 ページ: 1226-1224

    • DOI

      10.1364/OE.378083

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanoscale determination of interatomic distance by ptychography-EXAFS method using advanced Kirkpatrick-Baez mirror focusing optics2020

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, K. Shimomura, T. Higashino, N. Ishiguro, and Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 27 ページ: 455-461

    • DOI

      10.1107/S1600577519017004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxygen-diffusion-driven oxidation behavior and tracking areas visualized by X-ray spectro-ptychography with unsupervised learning2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, N. Ishiguro, K. Shimomura, D. -N. Nguyen, H. Matsui, H. C. Dam, M. Tada, and Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 2 ページ: 50

    • DOI

      10.1038/s42004-019-0147-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マルチビームX線タイコグラフィによる広視野ナノイメージング2020

    • 著者名/発表者名
      広瀬真,東野嵩也,石黒志,高橋幸生
    • 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] Development and application of hard X-ray spectro-ptychography2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, T. Higashino, N. Ishiguro, and Y. Takahashi
    • 学会等名
      The 15th Symposium of Japanese Research Community on X-ray Imaging Optics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 3次元放射光ナノイメージングとデータ科学の融合

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2019/20190426_2/

  • [備考] マルチビームX線タイコグラフィを実証

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200114_1/index.html

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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