ベイズ理論に基づいた3次元原子イメージの精密化

2017 年度 実績報告書

• 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: 16H01553
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 細川 伸也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30183601)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: データ駆動科学 / 原子イメージ / 放射光科学 / 逆問題

研究実績の概要

本課題では、蛍光X線ホログラフィーの測定結果の解析について、これまで一般的に行われてきたフーリエ変換による順問題ではなく、原子配列を仮定する逆問題を導入した。ほとんどの位置に原子が存在しないスパース性を考慮して、物理的に正しく精緻な原子像を再現することを目指した。前年度に続いて、スパースモデリングを用いた解析の手法についてJSPS外国人特別研究員と共に、蛍光X線ホログラフィーのデータの解析に用いるための詳しい検討を行った。既存のコンピュータプログラムを詳しく精査しながら、改良を進め、トポロジカル絶縁体として知られる、Mnを添加したBi2Te3の不純物のまわりの局所構造を探求する実験結果の解析に適用した。フーリエ変換では得られなかった原子像を明白に見い出すことができ、これまではっきりとはわからなかった不純物の位置が原子層の間の特殊な位置に選択的に存在しているだけではなく、別の位置にも置換型で存在し、まわりの原子位置に歪みを与えているという明確な回答を出すことができた。この結果は、現在物理分野で権威のある雑誌Physical Review Bに論文として刊行した。また、蛍光X線ホログラフィー法によって電子状態選択制の構造が検討できることを見出し、その結果も論文としてまとめた。さらに、その方法を、Fe系高温超伝導体、DVDなどの光誘起相変化材料、熱電材料、準結晶などにも適用し、弱かった原子イメージの再構築、位置分解能の飛躍的な改良あるいは位置ゆらぎの定量的な導出を行うことができた。それらの結果は、すでに論文の投稿あるいはその準備をしている。

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。

研究成果

• [国際共同研究] CNRS/SIMaP(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS/SIMaP
• [国際共同研究] マールブルク大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マールブルク大学
• [国際共同研究] パルドゥビチェ大学(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: パルドゥビチェ大学
• [国際共同研究] ハンガリー科学院(ハンガリー)
  • 国名: ハンガリー
  • 外国機関名: ハンガリー科学院
• [国際共同研究] ヤギェウォ大学(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: ヤギェウォ大学
• [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, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 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, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phonon excitations in a single crystal Mg85Zn6Y9 with a synchronized long-period stacking ordered phase (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa Shinya、Kimura Koji、Stellhorn Jens Ruediger、Yoshida Koji、Hagihara Koji、Izuno Hitoshi、Yamasaki Michiaki、Kawamura Yoshihito、Mine Yoji、Takashima Kazuki、Uchiyama Hiroshi、Tsutsui Satoshi、Koura Akihide、Shimojo Fuyuki
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 146 ページ: 273～279
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.12.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lattice Distortions in TlInSe2 Thermoelectric Material Studied by X-Ray Absorption Fine Structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa Shinya、Stellhorn Jens Ruediger、Ikemoto Hiroyuki、Mimura Kojiro、Wakita Kazuki、Mamedov Nazim
  • 雑誌名: Physica Status Solidi A 巻: 215 ページ: 1700416-1-8
  • DOI: 10.1002/pssa.201700416
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinguishing the local environments of Ga and Ge in amorphous (Ga2Se3)0.25(GeSe2)0.75 by anomalous X-ray scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: B. D. Klee, J. R. Stellhorn, M. Krbal, N. Boudet, G. Chahine, N. Blanc, W.-C. Pilgrim, T. Wagner, and S. Hosokawa
  • 雑誌名: Chalcogenide Letters 巻: 15 ページ: 1-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impurity position and lattice distortion in a Mn doped Bi2Te3 topological insulator investigated by x-ray fluorescence holography and x-ray absorption fine structure (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, H. Ikemoto, H. Setoyama, T. Okajima, Y. Yoda, H. Ishii, Y.-F. Liao, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 214207-1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.214207
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A valence-selective x-ray fluorescence holography study of an yttrium oxide thin film (2017)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, H. Tajiri, T. Matsushita, K. Kaminaga, T. Fukumura, T. Hasegawa, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 50 ページ: 1583-1589
  • DOI: 10.1107/S1600576717012821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple-wavelength neutron holography with pulsed neutrons (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Kouichi、Ohoyama Kenji、Happo Naohisa、Matsushita Tomohiro、Hosokawa Shinya、Harada Masahide、Inamura Yasuhiro、Nitani Hiroaki、Shishido Toetsu、Yubuta Kunio
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: e1700294-1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1700294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic X-ray scattering on liquid benzene analyzed using a generalized Langevin equation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Koji、Fukuyama Nami、Yamaguchi Toshio、Hosokawa Shinya、Uchiyama Hiroshi、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q.R.
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 680 ページ: 1～5
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2017.05.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local atomic structure near an Nb atom in aged β-Ti alloys (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tokujiro、Hayashi Kouichi、Happo Naohisa、Hosokawa Shinya、Tajiri Hiroo
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 131 ページ: 534～542
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-plane disordering of Zn-Y clusters in single crystal Mg85Zn6Y9 alloy studied by X-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, K. Hayashi, K. Hagihara, H. Izuno, N. Happo, S. Hosokawa, M. Suzuki, and H. Tajiri
  • 雑誌名: Materials Transaction 巻: 58 ページ: 539-542
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2016459
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetrical bonding in liquid Bi disentangled by inelastic X-ray scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Inui Masanori、Kajihara Yukio、Munejiri Shuji、Hosokawa Shinya、Chiba Ayano、Ohara Koji、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q. R.
  • 雑誌名: European Physical Journal: Web of Conferences 巻: 151 ページ: 06001-1-7
  • DOI: 10.1051/epjconf/201715106001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dispersion relations of the acoustic modes in divalent liquid metals (2017)
  • 著者名/発表者名: Inui Masanori、Kajihara Yukio、Kimura Koji、Matsuda Kazuhiro、Miyatake Tetsu、Chiba Ayano、Hosokawa Shinya、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q. R.
  • 雑誌名: European Physical Journal: Web of Conferences 巻: 151 ページ: 06002-1-6
  • DOI: 10.1051/epjconf/201715106002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local structure analysis of Cu(In,Ga)Se2 by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Shirakata, Y. Kitamura, N. Happo, S. Hosokawa, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Physica Status Solidi C 巻: 14 ページ: 1600171-1-4
  • DOI: 10.1002/pssc.201600171
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ランダム系の部分原子構造研究に用いるX線異常散乱法の進展 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn
  • 雑誌名: 日本セラミックス協会誌「セラミックス」 巻: 52 ページ: 341-344
  • 査読あり
• [学会発表] Electronic structures and impurity cluster features in Mg-Zn-Y alloys with a synchronized long-period stacking ordered phase (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, K. Maruyama, K. Kobayashi, J. R. Stellhorn, B. Paulus, A. Koura, F. Shimojo, M. Yamasaki, Y. Kawamura, S. Yoshioka, and H. Sato
  • 学会等名: The 22nd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation (8-9 March 2018, Hiroshima University)
  • 国際学会
• [学会発表] The seeds of Zn6Y8 L12-type clusters in amorphous Mg85Zn6Y9 alloy investigated by photoemission spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, B. Paulus, K. Maruyama, K. Kobayashi, H. Okuda, M. Yamasaki, Y. Kawamura, and H. Sato
  • 学会等名: The 22nd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation (8-9 March 2018, Hiroshima University)
  • 国際学会
• [学会発表] X線非弾性散乱による液体金のフォノン・ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、乾雅祝、松田和博、Jens R. Stellhorn、中島陽一、内山裕士、筒井智嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会（2018年 3月22-25日、東京理科大学）
• [学会発表] 光電子分光法によるアモルファス Mg85Zn6Y9合金中のZn6Y8 L12タイプクラスターのかけらの観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、Benedict Paulus、丸山健二、小林健太郎、奥田浩司、山崎倫昭、河村能人、佐藤仁
  • 学会等名: 日本金属学会第162回春期講演大会（2018年 3月19-21日、千葉工業大学）
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるBi2Te3:Mn トポロジカル絶縁体の不純物位置の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、J. R. Stellhorn、松下智裕、 八方直久、林好一、佐々木実
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ（2018年3月2-4日、茨城県立県民文化センター）
• [学会発表] Mg基LPSO相の強化機構のX線非弾性散乱による起源解明の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也
  • 学会等名: 第３回元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞／大型研究施設連携シンポジウム（2018年2月5-6日、東京大学伊藤謝恩ホール ）
• [学会発表] X線異常散乱によるGd65Co35金属ガラス若返り効果の原子構造学的検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn、小原真司 、加藤秀実、山崎由勝
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム（2018年1月8-10日、つくば国際会議場）
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるBi2Te3:Mnトポロジカル絶縁体の不純物位置の同定 (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、佐々木実
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム（2018年1月8-10日、つくば国際会議場）
• [学会発表] Temperature dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, T. Matsushita, K. Yubuta, K. Kimura, and K. Hayashi
  • 学会等名: 11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’17 (3-8 December 2017, Kauai)
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity positions and lattice distortions in a Mn doped Bi2Te3 topological insulator studied by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 学会等名: 11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’17 (3-8 December 2017, Kauai)
  • 国際学会
• [学会発表] Applications of a L1-regularized linear regression for x-ray fluorescence holography data of functional materials (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, and T. Matsushita
  • 学会等名: 5th International Symposium on Kumamoto Synchrotron Radiation (ISKSR5): Progress of Data Analysis, Data-Driven Science, and Theory for Science (1-2 November 2017, Kumamoto)
  • 国際学会
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on a Fe-based high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • 学会等名: International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth (28-30 October 2017, Tokyo)
  • 国際学会
• [学会発表] Spin-state selective local structural studies of Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, M. Suzuki, and K. Yabuta
  • 学会等名: Swedish-Japanese Workshop on Nano-Structure Science by Novel Light Sources (2-3 October 2017, Lund)
  • 国際学会
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • 学会等名: Swedish-Japanese Workshop on Nano-Structure Science by Novel Light Sources (2-3 October 2017, Lund)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of x-ray fluorescence holography data using sparse modeling on Mn-doped Bi2Te3 topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 学会等名: International Meeting on High-Dimensional Data-Driven Science (10-13 September 2017, Kyoto)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of x-ray fluorescence holography data using sparse modeling on the traditional Fe65Ni35 Invar alloy (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, T. Matsushita, N. Happo, K. Yubuta, K. Kimura, and K. Hayashi
  • 学会等名: International Meeting on High-Dimensional Data-Driven Science (10-13 September 2017, Kyoto)
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic structure of Zr45Cu45Ag10 bulk metallic glass (2017)
  • 著者名/発表者名: S Hosokawa, H. Sato, M. Nakatake, and H. Kato
  • 学会等名: The 16th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials (27 August-1 September 2017, Leoben)
  • 国際学会
• [学会発表] Transverse excitations in a Pd-Ni-Cu-P alloy of the liquid and supercooled liquid phases (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, M. Inui, Y. Kajihara, T. Ichitsubo, H. Kato, K. Matsuda, K. Kimura, S. Tsutsui, A. Q. R. Baron
  • 学会等名: The 16th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials (27 August-1 September 2017, Leoben)
  • 国際学会
• [学会発表] Transverse excitations in a van der Waals-like liquid Hg (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, M. Inui, Y. Kajihara, A. Chiba, S. Tsutsui, and A. Q. R. Baron
  • 学会等名: 10th Liquid Matter Conference (17-21 July 2017, Ljubljana)
  • 国際学会
• [学会発表] Local structural analysis for chalcogenide functional materials (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa and J. R. Stellhorn
  • 学会等名: 8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (2-5 July 2017, Sinaia)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on Bi2Te3:Mn topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, Y. Ideguchi, K. Kamimura, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, Y. Yoda, H. Ishii, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 学会等名: 8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (2-5 July 2017, Sinaia)
  • 国際学会
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • 学会等名: 8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (2-5 July 2017, Sinaia)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of x-ray fluorescence holography data using sparse modeling on Mn-doped Bi2Te3 topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa
  • 学会等名: 4th International Symposium on Kumamto Synchrotron Radiation: Cooperation of Experiments and Computer Sciences (15 May 2017, Kumamoto)
  • 国際学会
• [学会発表] スパースモデリングを用いた蛍光X線ホログラフィーによる3次元原子イメージの高度化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn、松下智裕
  • 学会等名: 新学術領域研究「疎性モデリング」第5回公開シンポジウム（2017年12月18-20日、東京大学浅野キャンパス）
• [学会発表] アモルファスMgLPSO合金の電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、丸山健二、小林健太郎、佐藤仁
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会（2017年9月21-24日、岩手大学上田キャンパス）
• [学会発表] X線非弾性散乱による単結晶Mg85Zn6Y9LPSO合金のフォノン励起の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、木村耕治、吉田享次、内山裕士、筒井智嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会（2017年9月21-24日、岩手大学上田キャンパス）
• [学会発表] X線異常散乱によるアモルファス相変化材料の局所及び中距離構造の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会（2017年9月5-8日、福岡国際会議場・国際センター・福岡サンパレス）
  • 招待講演
• [学会発表] Mg LPSO合金の電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、小林健太郎、丸山健二、山崎倫昭、河村能人、佐藤 仁
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋期講演大会（2017年9月6-8日、北海道大学札幌キャンパス）
• [学会発表] スパースモデリングを用いた蛍光X線ホログラフィーによる3次元原子イメージの高度化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn、松下智裕
  • 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1回公開シンポジウム（2017年6月5-7日、東京大学本郷キャンパス）
• [備考] 量子ビーム3D活性サイト科学研究室
  • URL: http://crocus.sci.kumamoto-u.ac.jp/physics/SR/index.html