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2021 年度 実績報告書

X線自由電子レーザーのナノ集光システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19J20094
研究機関大阪大学

研究代表者

井上 陽登  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
キーワードX線自由電子レーザー / X線ミラー / 形状可変ミラー / Wolter ミラー / X線集光
研究実績の概要

X線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser)は,高いピーク輝度と空間コヒーレンスを有する極短パルスレーザーである.しかしながら1パルス毎のばらつきが大きいため,従来のX線光学素子では,高い安定性の下サイズ10nm以下に集光することが困難であった.そこで申請者はWolter配置に基づき凸面,凹面を有する2枚のミラーを組み合わせることで,コマ収差補正性能と高い縮小倍率を有した集光光学系を考案した.昨年度までに回折限界条件を満たすミラーの作製に成功している.本年度は日本のXFELであるSACLAにて,ばらつきの無いsub-10nm集光をX線干渉計,およびX線回折イメージング法ベースで実測した.
また申請者は,極限的な集光サイズ5nm以下の達成を目指した.このとき,ミラー形状には0.5nm PVの精度が求められ,現存の加工手法では達成が不可能であった.そこで,形状可変型多層膜ミラーを光学系に導入した.有限要素シミュレーションに基づき,加工法で残存すると考えられる形状誤差を十分に除去できることを確認した.そして,日本のSPring-8にて実証実験を行った結果,X線集光波面ベースでサイズ5nm集光が達成されていることを確認した.
最後に,アメリカのAPSのアップグレード計画の共同研究者としてビームラインの立ち上げに関わることになり,ハイブリッド型形状可変ミラーを開発した.有限要素シミュレーションと材料力学に基づき,ハイブリッド型形状可変ミラーの最適な変形手法を考案した.SPring-8にて実証実験を行った結果,変形に必要な印加電圧量を半分に抑えることに成功した.これは光学系の高安定化だけでなく,沿面放電などによる実験セットアップの制限の緩和につながると期待される.本成果の重要性から,APSメンバーとの国際共著で論文を執筆し,すでに出版された.

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 9件)

  • [雑誌論文] X-ray adaptive zoom condenser utilizing an intermediate virtual focus2021

    • 著者名/発表者名
      S. Matsuyama, H. Yamaguchi, T. Inoue, Y. Nishioka, J. Yamada, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 ページ: 15604-15615

    • DOI

      10.1364/OE.422723

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hard X-ray nanoprobe scanner2021

    • 著者名/発表者名
      J. Yamada*, I. Inoue, T. Osaka, T. Inoue, S. Matsuyama, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 雑誌名

      IUCrJ

      巻: 29 ページ: 713-718

    • DOI

      10.1107/S2052252521007004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimal deformation procedure for hybrid adaptive X-ray mirror based on mechanical and piezo-driven bending system2021

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue*, Y. Nishioka, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Ichii, Y. Sano, X. Shi, D. Shu, M. D. Wyman, R. Harder, Y. Kohmura, M. Yabashi, L. Assoufid, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 92 ページ: 123706-123706-7

    • DOI

      10.1063/5.0070465

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Advanced KBミラーに基づく硬X線自由電子レーザー sub-10 nm 集光システム2022

    • 著者名/発表者名
      山田純平,松山智至,井上陽登,伊藤篤輝,田中優人,大坂泰斗,井上伊知郎,犬伏雄一,小山貴久,湯本博勝,大橋治彦,山内和人,矢橋牧名
    • 学会等名
      第35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] 形状可変ミラーを用いたX線sub-5 nm集光システムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      井上陽登,松山智至,田中優人,伊藤篤輝,一井愛雄,山田純平,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      第35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] 結像型 X 線顕微鏡を用いた波動伝搬ベースの位相イメージング2022

    • 著者名/発表者名
      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,木村隆志,志村まり,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      第35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] 高空間分解能な結像型X線顕微鏡のためのin-situ波面計測法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,香村芳樹,矢橋牧名,表和彦,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      2022年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] XFEL sub-10nm focusing system using Wolter type III-based advanced KB mirrors2022

    • 著者名/発表者名
      J. Yamada, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, Y. Tanaka, A. Ito, T. Osaka, I. Inoue, Y. Inubushi, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 学会等名
      14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of hard X-ray sub-5-nm focusing system with an adaptive multilayer focusing mirror2022

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue, S. Matsuyama, Y. Tanaka, Y. Ichii, J. Yamada, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of image-based wavefront measurement for adaptive full-field X-ray microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, J. Yamada, Y. Kohmura, M. Yabashi, K. Omote, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 結像型 X 線顕微鏡におけるマルチハイト位相回復法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      2021年度関西地方定期学術講演会
  • [学会発表] 形状可変ミラーと多層膜の高次光反射を利用したX 線sub-5 nm集光光学系の開発2021

    • 著者名/発表者名
      二村浩平,井上陽登,松山智至,田中優人,一井愛雄,山田純平,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      2021年度関西地方定期学術講演会
  • [学会発表] 圧電素子駆動型形状可変ミラーを用いたX線sub-5 nm集光システムの開発(第2報) 差分成膜を組み合わせたハイブリッド波面修正2021

    • 著者名/発表者名
      井上陽登,松山智至,田中優人,二村浩平,一井愛雄,山田純平,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      2021年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [学会発表] 結像型X線顕微鏡における位相イメージング手法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,木村隆志,志村まり,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      2021年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [学会発表] 結像型 X 線顕微鏡を用いた位相イメージング手法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,木村隆志,志村まり,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics and Photonics Japan 2021
  • [学会発表] Single-grating interferometer for hard X-ray sub-10 nm focusing mirror system2021

    • 著者名/発表者名
      J. Yamada, S. Matsuyama, N. Nakamura, T. Inoue, T. Osaka, I. Inoue, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 学会等名
      6th International Conference on X-ray Optics and Applications 2021 (XOPT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of sub-5 nm focusing system based on precise deformable mirrors2021

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue, S. Matsuyama, Y. Tanaka, K. Futamura, Y. Ichii, J. Yamada, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      6th International Conference on X-ray Optics and Applications 2021 (XOPT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of mirror deformation method for hybrid bender combining mechanical and piezoelectric bending2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishioka, T. Inoue, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi
    • 学会等名
      6th International Conference on X-ray Optics and Applications 2021 (XOPT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of wavefront sensing in full-field X-ray microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, J. Yamada, Y. Kohmura, M. Yabashi, K. Omote, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      6th International Conference on X-ray Optics and Applications 2021 (XOPT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of mirror deformation strategy using mechanical and piezoelectric bending system2021

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue, Y. Nishioka, S. Matsuyama, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, L. Assoufid, K. Yamauchi
    • 学会等名
      SPIE Optics+Photonics2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Image-based wavefront measurement for full-field X-ray microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, J. Yamada, Y. Kohmura, M. Yabashi, K. Omote, T. Ishikawa, K. Yamauchi
    • 学会等名
      SPIE Optics+Photonics2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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