2026年 | プレスリリース・研究成果
ナノテラスで10 nmを切るX線イメージングに成功 ―X線タイコグラフィで約7 nmの分解能を実証―
【本学研究者情報】
〇国際放射光イノベーション・スマート研究センター／多元物質科学研究所／金属材料研究所 教授 高橋幸生
研究室ウェブサイト
【発表のポイント】
- NanoTerasu（ナノテラス）（注１）を活用し、テンダーX線（注２）によるX線タイコグラフィ（注３）で、10 nmを切る7.4 nmの空間分解能を実現しました。
- 電池・触媒材料、半導体デバイスなどの内部構造を、より細かく可視化する技術への展開が期待されます。
【概要】
X線タイコグラフィは、非破壊かつ高解像度の観察が可能な手法として注目されています。これまで、軟X線や硬X線では10 nmを下回る高分解能イメージングが実現されてきましたが、その中間に位置するテンダーX線領域では、高分解能化が困難でした。
東北大学大学院工学研究科の佐々木雄平大学院生、東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センターの石黒志准教授、高橋幸生教授（多元物質科学研究所、金属材料研究所 兼務）らの研究チームは、3GeV高輝度放射光施設NanoTerasuのビームラインBL10Uを活用し、4.5 keVのテンダーX線を用いたX線タイコグラフィにおいて、10 nmを切る7.4 nmの投影空間分解能を達成しました。NanoTerasuでは2025年11月に蓄積電流が定格の400 mAに到達しており、本研究は400 mA運転下で実施されました。
本研究では、Advanced Kirkpatrick-Baez全反射集光ミラー（注４）と高速積分型X線画像検出器CITIUS（注５）を用い、複数の検出器位置で取得した回折データを統合して像再構成を行いました。その結果、金ナノキューブの微細構造を明瞭に可視化することに成功しました。本成果は、今後、硫黄やリンなどの吸収端を利用した電池材料や触媒材料の高分解能な元素・化学状態イメージングに加え、半導体デバイスの微細構造解析への展開も期待されます。
本研究成果は、2026年11月12日に国際結晶学連合の学術誌「Journal of Synchrotron Radiation」に掲載されました。
図1. NanoTerasu BL10Uビームラインでのタイコグラフィ測定レイアウト。
【用語解説】
注1. NanoTerasu（ナノテラス）：
宮城県仙台市 東北大学青葉山新キャンパス内にて整備が進められ、2024年4月に稼働を開始した中型放射光施設。国の主体機関である国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（QST）と一般財団法人光科学イノベーションセンター（PhoSIC）を代表機関とする宮城県、仙台市、国立大学法人東北大学、一般社団法人東北経済連合会からなる地域パートナーで構成され、費用負担も含めた役割分担の元で整備が進められている。
注2. テンダーX線：
X線はそのエネルギーに応じて「軟X線」「テンダーX線」「硬X線」に分類される。テンダーX線はおおよそ2〜5 keV程度のエネルギー領域にあり、硬X線は5 keV以上の高エネルギー領域にある。
注3. X線タイコグラフィ：
コヒーレントX線回折イメージングの手法のうちの一つ。試料にコヒーレントX線を照射する際、試料面上でX線照射領域が一部重複するように試料を二次元走査し、各走査点において回折強度パターンを取得する。得られた複数の回折強度パターンに対して位相回復計算を実行することで、一枚の試料像を取得する。
注4. Advanced Kirkpatrick-Baez（AKB）全反射集光ミラー：
X線を集光するための全反射ミラー。全反射を利用するため、X線エネルギーを変えた際の焦点位置のずれ（色収差）が小さく、また、特殊なミラー配置によってコマ収差を抑えた高精度なX線集光が可能である。
注5. 高速積分型X線画像検出器CITIUS：
理化学研究所らが開発した、高フレームレートと高ダイナミックレンジを兼ね備えた次世代のX線画像検出器システム。
【論文情報】
タイトル：Extending high-resolution ptychography into the tender X-ray regime at NanoTerasu BL10U
著者：Yuhei Sasaki*, Nozomu Ishiguro, Masaki Abe, Shuntaro Takazawa, Naru Okawa, and Yukio Takahashi*
*責任著者：
東北大学大学院工学研究科 大学院生 佐々木雄平
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター 教授 高橋幸生
掲載誌：Journal of Synchrotron Radiation
DOI：10.1107/S1600577526011549
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター
教授 高橋幸生
TEL: 022-217-5166
Email: ytakahashi*tohoku.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター
TEL: 022-752-2331
Email: sris*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
