広く、細かく、一瞬で切り取るナノの世界 -走査不要で一度にできるX線撮影技術を開発-

20026-06-03 理化学研究所,大阪大学

理化学研究所と大阪大学の共同研究グループは、X線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAを用いて、試料やビームを走査することなく、1回のX線照射で広視野かつ高分解能の画像を取得できる新しいX線イメージング技術を開発した。従来の高分解能X線観察では試料を少しずつ動かしながら撮影する必要があり、広範囲の観察や高速現象の撮影が困難だった。本手法では10nm未満に集光したXFELを10フェムト秒未満の極短パルスとして照射し、インラインホログラフィ法によりホログラムを取得する。さらに、XFEL特有の強度ゆらぎや光学系の波面ゆがみを補正する独自アルゴリズムを開発し、約10nmの空間分解能と1μm超の広視野を両立した鮮明な画像再構成に成功した。これにより、材料破壊、半導体動作、電池内イオン移動、生体分子機能発現など、ナノスケールで瞬時に起こる現象を直接観察できる可能性が開かれた。将来的にはSPring-8-IIとの連携による超高速三次元・四次元ナノイメージングへの発展が期待される。

広く、細かく、一瞬で切り取るナノの世界 -走査不要で一度にできるX線撮影技術を開発-
広く、細かく、一瞬で撮影できる新しいX線イメージング技術

<関連情報>

硬X線自由電子レーザーパルスを用いた10nm分解能の単一ショット全視野X線イメージング Single-shot full-field X-ray imaging with 10-nm resolution using hard X-ray free-electron laser pulses

Gota Yamaguchi,Jumpei Yamada,Kota Shioi,Taito Osaka,Ichiro Inoue,Yuichi Inubushi,Takashi Kameshima,Kazuto Yamauchi & Makina Yabashi
Nature Photonics  Published:03 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-026-01913-3

Abstract

For nanoscale X-ray imaging, scanning-based techniques are widely used, but the scanning process often becomes a bottleneck for measurement speed. Scanless, single-shot imaging provides a promising approach to drastically reduce acquisition time. However, achieving both a large field of view and high spatial resolution without scanning remains a significant challenge. Here we show single-shot in-line holography for femtosecond imaging with a field of view exceeding 1 µm and a spatial resolution of 10 nm, using X-ray free-electron laser pulses. This was achieved by combining two key approaches: advanced mirror optics to generate a sub-10-nm focal spot and an algorithm to compensate for fluctuations in illumination caused by the stochastic nature of the self-amplified spontaneous emission free-electron laser process. This method provides a new strategy to fully exploit the brilliance of state-of-the-art X-ray sources for advanced imaging.

2004放射線利用
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