2024-05-08 名古屋大学
名古屋大学大学院工学研究科の松山 智至 教授（兼：大阪大学大学院工学研究科招へい准教授）、井上 陽登 助教、理化学研究所放射光科学研究センターの矢橋 牧名 グループディレクター、香村 芳樹 チームリーダー、ジェイテックコーポレーションの中森 紘基 研究員らの研究グループは、原子レベルの精度と安定性を持つ新しいX線用の形状可変ミラーを開発しました。
開発した形状可変ミラーは、圧電単結晶（ニオブ酸リチウム注4)）のみから成る非常にシンプルな構造を特徴としています。このシンプルな構造のおかげで、印加した電圧に応じて原子レベルの精度で自由に変形することができます。さらに、この精度を７時間にわたって維持することもでき、非常に高い安定性を有していました。これを組み込んだアダプティブX線顕微鏡を試作したところ、従来の常識を超える精度で収差を補正することができ、より高精細なX線顕微鏡像を得ることに成功しました。X線顕微鏡は透過性の高いX線を用いることで、試料を壊さず高い分解能で観察できるため、工学や生物学など様々な分野で活用されています。本成果によって、X線顕微鏡やX線分析などのX線装置の高分解能化が可能になると共に、X線応用の更なる発展が期待されます。
本研究成果は、2024年5月1日付アメリカ科学誌「Optica」に掲載されました。
【ポイント】
・圧電単結晶注1)のみで構成された全く新しい形状可変ミラーを開発
・形状変形において原子レベルの精度と安定性を実現
・X線顕微鏡注2)において収差注3)を完全に補正した顕微鏡像の取得に成功し、像の高精細化を達成
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【用語説明】
注1)圧電単結晶:
物質の中には、力を加えると電圧が生じ（圧電効果）、電圧を加えると変形する（逆圧電効果）ものがあり、このような物質は圧電素子（ピエゾ素子）と呼ばれる。主にセラミックスを材料としているが、最近の研究で単結晶で作製できる技術が開発された。圧電単結晶は均質な材料で、圧電セラミックスよりも安定性や線形性が高いという利点がある。
注2)X線顕微鏡:
X線は波長が短く透過性の高い光であり、これを使って顕微鏡を構築することができれば可視光顕微鏡よりも高い分解能を持つことができ、電子顕微鏡では見ることができない厚い試料の内部を観察できる。しかし、X線用の対物レンズの開発が難しいため、世界中でその開発が望まれている。
注3)収差:
光は波であるので、レンズや鏡の作製誤差や配置誤差によって波が乱れる。この波の乱れが収差であり、顕微鏡では像がぼけて空間分解能が低下する原因となる。
注4)ニオブ酸リチウム:
ニオブ、リチウム、酸素からなるイルメナイト構造を持つ強誘電体材料。単結晶として大型基板の作製が可能であって、スマートフォンの電子デバイス等に応用されている。
【論文情報】
雑誌名：Optica
論文タイトル：Monolithic deformable mirror based on lithium niobate single crystal for high-resolution X-ray adaptive microscopy
著者：TAKATO INOUE（名古屋大学）, SOTA NAKABAYASHI, KOTA UEMATSU, YUTO TANAKA, HIROKI NAKAMORI（ジェイテックコーポレーション）, YOSHIKI KOHMURA（理化学研究所）, MAKINA YABASHI（理化学研究所）, AND SATOSHI MATSUYAMA（名古屋大学 兼：大阪大学）
DOI: 10.1364/OPTICA.516909
URL: https://doi.org/10.1364/OPTICA.516909
【研究代表者】
大学院工学研究科 松山 智至 教授
