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2022 年度 実績報告書

散漫X線散乱による動的構造解析に向けた高感度計測システムの実現

公募研究

研究領域高速分子動画法によるタンパク質非平衡状態構造解析と分子制御への応用
研究課題/領域番号 22H04741
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, 准教授 (20781850)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワードX線結晶構造解析 / 放射光 / 窒化ケイ素薄膜
研究実績の概要

(1)真空回折計の高度化: B01山本班が中心となり、真空回折計による高感度計測システムの開発が進んでいる。本計測システムでは空気からの背景散乱を除去できるため、従来では測定できない微弱な回折信号の取得が期待できる。2022年度は、空気散乱を除去することで初めて明らかになった、光学素子からの微弱な寄生散乱を低減するため、4象限スリットを追加導入した。その結果、既存のピンホール型スリットと合わせて3連のスリット構造となり、期待通り寄生散乱が大きく抑制されることが示された。
(2)窒化ケイ素(SiN)薄膜からの背景散乱強度計測:高感度計測システムの実現には、結晶ホルダからの背景散乱を抑制することも欠かせない。本研究項目では、(1)で示した高感度計測システムを利用して、結晶ホルダの窓材として利用するSiN薄膜からの背景散乱を計測した。その結果、本計測システムで測定する空間周波数領域では、厚さ100 nmのSiN薄膜からの背景散乱は検出されないことが分かった。
(3)SiN窓の大面積化:これまで利用してきた結晶ホルダは、サイズ8 mm×10 mmのSi/SiNチップの中心に、1 mm角のSiN窓が3×3並んだデザインであった。各窓のSiフレームに近い領域では、空気散乱が除去されているがゆえに、Siフレームからの微弱な散乱が検出されてしまうという課題があった。そこで、マスクレス描画装置などのフォトリソグラフィ装置群を利用して、同じチップサイズの中心に3 mm角のSiN窓を1つ配置した結晶ホルダを試作した。窓サイズの拡大により、試料作製時の破損が懸念されたが、これまで通り、スピンコーターを利用して結晶試料をSiN窓上に展開可能であることが確かめられた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初予定と異なり、2022年度後期に真空回折計を利用した放射光実験を実施しなかったため。計測システムのユーザビリティ向上を目的とし、真空回折計の部分的な改造を実施したことなどに起因する。

今後の研究の推進方策

2022年度の要素技術開発によって洗練化した本計測システムの最終的な性能評価実験をSPring-8で実施し、これまでの成果とともに論文としてまとめる。加えて、背景散乱や測定効率など複合的な視点から、結晶ホルダのさらなる高機能化を目指し、製造プロセスの改良も継続する。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 備考 (1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] X線レーザーによるガラスセラミックス固体電解質の海島ナノ構造イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木明大、田中展望、山重寿夫、折笠有基、別所義隆、城地保昌、西野吉則
    • 雑誌名

      FCレポート

      巻: 41 ページ: 52~57

  • [雑誌論文] Femtosecond X-ray Laser Reveals Intact Sea-Island Structures of Metastable Solid-State Electrolytes for Batteries2022

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Akihiro、Tanaka Hiromochi、Yamashige Hisao、Orikasa Yuki、Niida Yoshiya、Kimura Takashi、Tono Kensuke、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Bessho Yoshitaka、Joti Yasumasa、Nishino Yoshinori
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 22 ページ: 4603~4607

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c04392

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Three-dimensional structure determination of gold nanotriangles in solution using X-ray free-electron laser single-particle analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nakano Miki、Miyashita Osamu、Joti Yasumasa、Suzuki Akihiro、Mitomo Hideyuki、Niida Yoshiya、Yang Ying、Yumoto Hirokatsu、Koyama Takahisa、Tono Kensuke、Ohashi Haruhiko、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Bessho Yoshitaka、Ijiro Kuniharu、Nishino Yoshinori、Tama Florence
    • 雑誌名

      Optica

      巻: 9 ページ: 776~776

    • DOI

      10.1364/optica.457352

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-fluence and high-gain multilayer focusing optics to enhance spatial resolution in femtosecond X-ray laser imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Yumoto Hirokatsu、Koyama Takahisa、Suzuki Akihiro、Joti Yasumasa、Niida Yoshiya、Tono Kensuke、Bessho Yoshitaka、Yabashi Makina、Nishino Yoshinori、Ohashi Haruhiko
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 (5300) ページ: 1~8

    • DOI

      10.1038/s41467-022-33014-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] X線レーザーが照らし出す全固体電池材料の海島ナノ構造2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木 明大
    • 学会等名
      北海道大学電子科学研究所 創立30周年記念講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] X線結晶解析法の高感度化に向けた試料環境開発2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木 明大
    • 学会等名
      第25回高速分子動画オンラインセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Probing Nanostructures with Coherent X-rays2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Suzuki
    • 学会等名
      ARN Young Scientist Forum (AsiaNANO 2022)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Focused coherent X-rays open up new opportunities in microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Suzuki
    • 学会等名
      The 23rd RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/akihiro.suzuki

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公開日: 2023-12-25  

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