1-nm-wide X-ray beams by developing millimeter-scale ultra-precision reflective optics

通过开发毫米级超精密反射光学器件实现 1 nm 宽的 X 射线束

• 批准号: 20J21562
• 负责人: 島村 勇徳
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21562/
• 关键词: X線; 集光ビーム; 高精度成膜; 短い焦点距離; 大きな開口数; 軟X線; 集光鏡; 蛍光X線観察; X線ミラー

【概要】本研究は世界で最も微細なX線ビームの実現を目標とし，2つの独自案を集光鏡設計に盛り込む．令和4年度は，1つ目の案「集光鏡の超小型化」の実証実験について，過去に例を見ない集光結果を確かめ，試料を多角的に評価可能な顕微手法を開発した．また，2つ目の案「反射膜を積層する多層膜構造の新設計」について，実現可能性がある方針を見出した．【具体的内容】集光鏡を超小型化すると，X線を小さいスポットに集め，かつスポットを理想的な状態に保持しやすくなる．しかし，集光鏡の半径を従来の数十メートルから150 mmと100倍以上急峻にする必要があり，加工・計測手法が確立していなかった．新たに作製方法を確立し，兵庫県の大型放射光施設SPring-8にて集光鏡の集光性能を評価した．光子エネルギーに依らない一定位置での理想集光を，軟X線領域で初めて実現し，集光サイズは最小20.4 nmに到達した．この特性を利用し，二色の軟X線を混合した微小集光スポットを形成した．本スポットを使った蛍光X線観察と新たに導出したアルゴリズムを使用し，試料密度・厚み・軽元素・金属元素の分布を同時に定量評価できる唯一の手法を開発した．また，多層膜構造の新設計について，フランスにある欧州大型放射光施設（ESRF）の研究者と議論・実験し，本構造が可能と思われる材料のペアを見出した．【意義】集光・顕微観察結果は共に世界随一である．提案する顕微観察法によって，従来観察された重元素分布に加え，軽元素と試料形状も同時に高分解能で定量評価できる．提案する多層膜構造は，各層が非常に薄いことが課題となっていた．検討中の材料であれば，その薄さを実現できると期待される．【重要性】例えば，薬粒子の場所を細胞内で追跡するナノ薬理動態分野への応用が期待され，さらなる空間分解能向上が見込まれる．

[Summary] This study aims to achieve the world's finest X-ray imaging system. In 2010 and 2014, the first project of "Ultraminiaturization of Light Collectors" was carried out. In the past, the collection results were confirmed. The multi-angle evaluation of samples was possible. 2. The project "New Design of Multilayer Structure for Reflective Films" was launched, and the possibility of realization was revealed. [Details] Ultra-compact condenser, X-ray condenser, ideal condition and maintenance. The radius of the collector mirror ranges from 150 mm to more than 100 times as fast as necessary, and the processing and measurement methods are established. A new manufacturing method was established and the light collection performance of SPring-8, a large radiation facility in Hyogo Prefecture, was evaluated. Photon emission depends on the position of the ideal light collector, soft X-ray field is beginning to appear, the minimum light collector reaches 20.4 nm. The characteristics of the two-color soft X-ray are mixed to form a small collection. This paper introduces a new method for quantitative evaluation of sample density, thickness, element and metal element distribution. The new design of multilayer structure is discussed by researchers of European Large Scale Radiation Facility (ESRF). [Meaning] Focus on light·Micro-inspection results are common to the world. The proposed micro-observation method is used to observe the distribution of heavy elements, the shape of elements and samples, and the quantitative evaluation of high decomposition energy. A multilayer structure is proposed in which each layer is very thin. The material in the discussion is. [Importance] For example, the location of particles is tracked in cells, and the spatial decomposition of particles is expected to be upward.

项目成果

Design of soft x-ray fluorescence microscopy beyond 100-nm spatial resolution with ultrashort Kirkpatrick-Baez mirror

使用超短 Kirkpatrick-Baez 镜设计超过 100 nm 空间分辨率的软 X 射线荧光显微镜

• DOI: 10.1117/12.2632949
• 发表时间: 2022
• 期刊: Advances in X-Ray/EUV Optics and Components XVII
• 作者: Shimamura Takenori;Takeo Yoko;Moriya Fumika;Kimura Takashi;Shimura Mari;Senba Yasunori;Kishimoto Hikaru;Ohashi Haruhiko;Shimba Kenta;Jimbo Yasuhiko;Mimura Hidekazu
• 通讯作者: Mimura Hidekazu

差分成膜法による超小型X線集光ミラーの作製

微分薄膜沉积法制作超小型X射线聚焦镜

• 发表时间: 2021
• 作者: 島村 勇徳;竹尾 陽子;木村 隆志;仙波 泰徳;岸本 輝;大橋 治彦;三村 秀和
• 通讯作者: 三村 秀和

日本放射光学会誌「放射光」

日本同步辐射线学会杂志《同步辐射线》

• 发表时间: 2021
• 作者: 遠山 慧子; 関 岳人;馮 斌;幾原 雄一;柴田 直哉;島村勇徳
• 通讯作者: 島村勇徳

HIRAKU 3MT Competition 2021 English Division 録画

HIRAKU 3MT 比赛 2021 英语组录音

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