研究成果・プレスリリース
【プレスリリース】テンダーX線タイコグラフィで世界最高の空間分解能を達成 ~3GeV高輝度放射光施設NanoTerasuを用いた初の学術論文~
発表のポイント
- 3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu(注1)で20nm(nm, 1 nmは10億分の1メートル)未満の空間分解能での観察に成功しました。
- スーパーコンピュータAOBAを用いて逐次的な解析を実現しました。
- 軽元素材料では50nm未満の優れた分解能での観察に成功しました。
概要
2024年4月より東北大学青葉山新キャンパスに整備された3GeV高輝度放射光施設「NanoTerasu」の運用が開始されました。NanoTerasuは大型放射光施設SPring-8(注2)と比べて、低エネルギーのX線(注3)である軟X線やテンダーX線の輝度(注4)が高く(明るく)、様々な放射光計測技術の性能向上が期待されています。
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センターの高橋幸生教授、石黒志准教授、高山裕貴准教授、星野大樹准教授、吉田純也准教授、日本学術振興会特別研究員の阿部真樹博士、住友ゴム工業株式会社の金子房恵博士(東北大学 多元物質科学研究所 助教)と岸本浩通博士、東北大学 サイバーサイエンスセンターの滝沢寛之教授と高橋慧智助教らの共同研究グループは、干渉性(コヒーレンス(注5)に優れたX線を用いて物質の微細構造を高分解能で観察する「X線タイコグラフィ(注6)」の計測をテンダーX線のエネルギー領域で実施可能なシステムをNanoTerasuのX線コヒーレントイメージングビームラインにおいて構築しました。そして、スーパーコンピュータAOBA(注7)を活用した解析によってタンタル製の空間分解能テスト試料の観察で20 nm未満の優れた空間分解能を達成しました。また、リチウム硫黄電池正極材として開発された軽元素材料の含硫黄高分子粒子内部の微細構造を50 nm未満の分解能で観察することに成功しました。本システムを改造することで10 nm未満まで分解能を向上させられることが見込まれます。
今後、本システムを用いて、動作中のリチウム硫黄電池やタイヤゴムの計測・解析に応用することで、これまで不明瞭だった劣化メカニズムの解明および性能向上への貢献が期待できます。また、厚みをもった細胞の観察など生物分野への応用も期待されます。
本研究成果は、2024年5月7日(英国時間)付で、応用物理学会の学術誌Applied Physics ExpressにAccepted Manuscriptとして掲載されました。また、掲載論文は同誌の“Spotlights”論文として選ばれました。
詳細な説明
<研究の背景>
2024年4月より東北大学青葉山新キャンパス内に整備された3GeV高輝度放射光施設NanoTerasuの運用が開始されました。NanoTerasuはSPring-8に比べて軟X線、テンダーX線の強度が大きくなるように設計されており、テンダーX線を用いたタイコグラフィの性能向上が期待されていました。
(b)含硫黄高分子材料の再構成像(左)と位相回復伝達関数による分解能評価(右)。
謝辞
本研究の一部はJSPS科研費(JP23H05403、JP23KJ0137、JP24H02205)、JST CREST(JPMJCR2233)、文部科学省「データ創出・活用型マテリアル研究開発プロジェクト」(JPMXP1122712807)の助成を受けて行われました。NanoTerasu の加速器およびBL10Uの光源光学系の整備にご尽力された量子科学技術研究開発機構、光科学イノベーションセンターの方々に感謝致します。
用語説明
論文情報
著者:Nozomu Ishiguro, Fusae Kaneko, Masaki Abe, Yuki Takayama, Junya Yoshida, Taiki Hoshino, Shuntaro Takazawa, Hideshi Uematsu, Yuhei Sasaki, Naru Okawa, Keichi Takahashi, Hiroyuki Takizawa, Hiroyuki Kishimoto, and Yukio Takahashi*
*責任著者:東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター 教授 高橋幸生
掲載誌:Applied Physics Express
DOI:10.35848/1882-0786/ad4846
関連リンク
問い合わせ先
【研究に関すること】
教授 高橋 幸生(たかはし ゆきお)
TEL:022-217-5166
E-mail:ytakahashi*tohoku.ac.jp
【報道に関すること】
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp
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