Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

X線顕微鏡 / X線ミラー / X線自由電子レーザー / X線吸収分光 / 回折格子 / 分光イメージング / X線吸収微細構造 / X線光学 / 電子ビーム露光 / X線 / 微細加工

研究２年目になる２０２１年度は、昨年度作製したマルチ開口グレーティングの性能評価に主に取り組んだ。
大きな進捗としては、兵庫県播磨のX線自由電子レーザー施設SACLAに、新たにマルチ開口グレーティングを評価可能するための超高真空対応の軟X線光学システムを構築したことが挙げられる。本システムを用いて実際に光子エネルギー100 eVの軟X線レーザーを照射した実験にも取り組み、昨年度までのシミュレーション通りに回折・分光させることが可能であることを確認した。
またマルチ開口グレーティングに関しても、回折効率や分光性能を高めるために、回折格子設計の改善や、電子ビームリソグラフィのパラメータ最適化も試みた。具体的には昨年度まで作製していた透過型回折格子の設計を、等間隔のものから、上記SACLAの軟X線光学システムに最適化した不等間隔に変更し、分光性能を高めるとともに、検出器上でのX線強度を大きく高めることに成功した。
以上に加え、これまでの結果を踏まえてこの他最終年度にシングルショットでの顕微分光イメージング計測を行う候補試料の探索にも取り組んだ。本研究提案での実験では、軟X線の透過配置での顕微分光を想定しているため、200ナノメートル厚の窒化ケイ素薄膜上に試料をパターニング、または均一に塗布可能な技術を開発した。この試料準備技術の開発に関しても、SACLAでの評価実験に成功しており、全体として計画は順調に進行していると考えている。

X線光学 / X線自由電子レーザー / マイクロ流路 / コヒーレント回折イメージング / X線ミラー / X線イメージング / X線 / 小角散乱

本研究では、溶液中ナノ試料を高分解能に観察することを目標に、X線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser : XFEL)を利用したコヒーレント回折イメージング法と、マイクロ流体デバイスによる液中反応制御技術を組み合わせた新たな顕微法を開発することを目指した。本顕微法開発のために必要なXFEL用マイクロ流体デバイスを作製し、その高度化に取り組むとともに、兵庫県播磨のXFEL施設SACLAを利用した溶液中試料のイメージング実験を行った。フェムト秒XFELのシングルパルス計測により、ナノ粒子構造の10 nm弱分解能でのイメージングに成功した。

従来の顕微イメージング技術によりナノサイズ試料を液中観察する際には、様々な困難が存在する。例えば一般的に、光学顕微鏡では可視光を利用しているために波長による分解能の制限があり、電子顕微鏡では乾燥や染色といった前処理の必要性や電子線による試料の損傷が伴う。X線自由電子レーザーとマイクロ流体デバイスを組み合わせるイメージングの可能性を開拓する本研究成果により、こうした従来手法による問題点を克服した新たな液中試料観察ツールを提供可能になり、化学や生物学や様々な領域においてこれまでにない新たな知見を得る端緒になる。

【研究分担者】
三村秀和	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	准教授	(Kakenデータベース)
志村まり	国立研究開発法人国立国際医療研究センター	その他部局等	その他	(Kakenデータベース)