タイコグラフィ位相回復法の高度化と回折限界軟Ｘ線集光の実現

叠相相位恢复方法的进展及衍射极限软X射线聚焦的实现

• 批准号: 17J04201
• 负责人: 竹尾 陽子
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04201/
• 关键词: 軟X線; 集光; ミラー; 波面計測; 形状計測; タイコグラフィ; 顕微鏡; 超精密計測; 集光素子; 回転楕円ミラー

軟X線は，X線の中で比較的長い波長（0.5 nm～10 nm）を持つ電磁波である．軟X線は，その帯域に軽元素のK吸収端や金属元素のL吸収端が多く存在し，物質の結晶構造，化学組成，電子状態，磁気構造を解析するうえで欠かせない．軟X線解析を行う際には集光素子を用いてビームを集約することが一般的である．集光素子の性能，即ち集光サイズやピーク強度，色収差の有無は，解析における空間分解能，感度，波長可変性に直結する．軟X線の理想的な集光素子として，回転楕円ミラーが提案され，その作製プロセス及び集光システムの開発が進められてきた．軟X線ビームラインにおける回転楕円ミラーの集光性能の評価を続ける中で，3点の課題が明らかになった．第一に，ミラー中央部を通過する光のために利用効率が高くならないこと．第二に，ミラーの設置角度精度が0.1 μradと極端に厳しいこと．第三に，作製の過程で回転楕円ミラーの中心軸が弓状に撓むことである．これら課題に応えるために，リング集光ミラーと準ウォルターミラーからなる二段集光光学系（Motoyama, 2015）を設計した．リング集光ミラーの導入により第一の課題が解決し，回転楕円ミラーを準ウォルターミラーに変更することにより第二，第三の課題が解消された．本光学系を検証するために，SPrin-8の軟X線ビームラインBL25SUにおいて集光実験を実施した．300 eVにおいて，鉛直・水平ともに200 nmの集光サイズと45%の利用効率が達成され，これらはミラーを用いた軟X線集光において画期的な値である．また，タイコグラフィ法に基づく波面計測を実施することで，ミラーの形状誤差を定量的に評価した．構築した光学系の応用例として，タイコグラフィ法を用いたPt/Co薄膜試料の磁区観察を実施し，Line and Spaceで100 nmの分解能が確認された．

Soft X-ray, X-ray and medium wavelength (0.5 nm~10 nm) are compared to electromagnetic waves. Soft X-ray, K absorption end of element and L absorption end of metal element exist in many areas, crystal structure, chemical composition, electronic state and magnetic structure of substance are analyzed. The soft X-ray analysis is based on the use of light collecting elements. The properties of the collector element, namely, the collection of light, the intensity of the light, the presence or absence of color difference, the spatial resolution of the resolution, the sensitivity, the wavelength variability, and the straight junction. The ideal collector element of soft X-ray is a new type of light source, and the development of light source and collector system is a new type of light source. Soft X-ray light collection performance evaluation of light collection performance in the middle of the three points of the problem is clear. First, the utilization efficiency of light passing through the central part of the tunnel is high. Second, the accuracy of angle setting is 0.1 μrad. Third, the central axis of the system is curved. The design of a two-stage light-collecting optical system (Motoyama, 2015) is described in detail below. The first problem is solved, the second problem is solved, and the third problem is solved. This optical system has been demonstrated to be able to achieve a 45% utilization ratio of the SPrin-8 soft X-ray collection wavelength of BL25SU at 300 eV and 200 nm at vertical and horizontal wavelengths, thus achieving a high utilization ratio of the SPrin-8 soft X-ray collection wavelength. The basic wave measurement method is used to evaluate the shape error. Construction of optical system for the first time in the past, the use of Pt/Co thin film samples in the magnetic field observation, Line and Space at 100 nm decomposition energy was confirmed.

项目成果

Development of soft x-ray focusing system with ellipsoidal mirror

椭球镜软X射线聚焦系统的研制

• 发表时间: 2017
• 作者: Yoko Takeo;Hiroto Motoyama;Yasunori Senba;Hikaru Kishimoto;Haruhiko Ohashi;Hidekazu Mimura
• 通讯作者: Hidekazu Mimura

Wavefront measuring system using ptychography for soft X-ray focusing beam with ellipsoidal mirror

使用叠层成像技术的波前测量系统，用于带有椭球面镜的软 X 射线聚焦光束

• 发表时间: 2017
• 作者: Y. Takeo;H. Motoyama;Y. Senba;H. Kishimoto;H. Ohashi;H. Mimura
• 通讯作者: H. Mimura

Soft x-ray nanobeam formed by an ellipsoidal mirror

• DOI: 10.1063/1.5144932
• 发表时间: 2020-03-23
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Takeo, Yoko;Suzuki, Akihiro;Mimura, Hidekazu
• 通讯作者: Mimura, Hidekazu

Probing the spatial coherence of soft X-ray beams with Fresnel mirrors at BL25SU of SPring-8

使用 SPring-8 的 BL25SU 菲涅尔镜探测软 X 射线束的空间相干性

• DOI: 10.1107/s1600577519002583
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of Synchrotron Radiation
• 影响因子: 2.5
• 作者: Y. Takeo;H. Motoyama;Y. Senba;H. Kishimoto;H. Ohashi;and H. Mimura
• 通讯作者: and H. Mimura

回転楕円ミラーによるナノ集光ビームを用いた軟X線タイコグラフィ顕微鏡の開発

使用球面镜使用纳米聚焦光束开发软 X 射线叠层照相显微镜

• 发表时间: 2018
• 作者: Saito T;Iono D;Ueda J;Espada D;Sliwa K;Nakanishi K;Lu N;Xu C K;Michiyama T;Kaneko H;Yamashita T;Ando M;Yun M S;Motohara K;Kawabe R;竹尾陽子，鈴木明大，仙波泰徳，岸本輝，大橋治彦，三村秀和
• 通讯作者: 竹尾陽子，鈴木明大，仙波泰徳，岸本輝，大橋治彦，三村秀和