レンズレス顕微镜による光の吸収分布取得をワンショットで実现 －ナノスケール化学反応のリアルタイム観察実现へ大きく前进－

レンズレス顕微镜による光の吸収分布取得をワンショットで実现　－ナノスケール化学反応のリアルタイム観察実现へ大きく前进－

2024年12月16日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇国际放射光イノベーション?スマート研究センター　博士研究员/日本学术振兴会特别研究员　阿部真树
国際放射光イノベーション?スマート研究センター　教授　髙橋幸生（多元物質科学研究所兼務）

【発表のポイント】

レンズレス顕微镜^（注１）で一回の计测から光の吸収分布を得る解析手法を开発しました。
计测时间を従来の60分の1以下に短缩し高分解能な像の取得に成功しました。
电池や触媒内部における化学反応の动的観察への応用に期待されます。

【概要】

コヒーレント回折イメージング^（注１）は、レンズを使用せずに高分解能な観察が可能なレンズレスの顕微手法です。この特徴は特に、高性能レンズの作製が难しい齿线领域において有用で、レンズ性能を超える分解能で材料内部の化学状态を観察できることから注目を集めています。しかし、化学状态を観察するために必要な试料による光の吸収分布を表す像（振幅像）を得るためには复数回の计测が必要であり、このことが动的な化学反応の観察への応用を妨げていました。

东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センターの阿部真树博士研究员（日本学术振兴会特别研究员）、石黒志准教授、高桥幸生教授らの研究グループは、コヒーレント回折イメージングにおいて一回の计测でも振幅像の取得が可能になる新たな解析手法を开発しました（図1）。本手法は、従来手法においても一回の计测から得ることができた光波の进み（もしくは遅れ）具合の分布を表す像（位相像）が振幅像と类似した构造を示すことに着目し、その构造类似性を振幅像の取得に活用します。

これにより、約30 nm（ナノメートル、1 nmは10億分の1メートル）という高い分解能を達成しただけでなく、従来手法と同等の精度を持つ振幅像を60分の1以下の計測時間で取得することに成功しました。

本手法は、电池や触媒の内部で生じる化学反応のリアルタイム観察を可能にし、材料の性能劣化メカニズムの解明や新材料开発の加速など、様々な分野で応用されると期待されます。

この成果は、2024年12月13日付で光学およびフォトニクス分野の専门誌翱辫迟颈肠补にオンライン公开されました。

図1. ワンショットで振幅像を再構成する開発手法の概念図

【用语解説】

注1．レンズレス顕微镜、コヒーレント回折イメージング：レンズレス顕微镜はレンズを使用せずに高分解能な観察を実現する顕微鏡技術の総称で、いくつかの種類がある。その中のコヒーレント回折イメージングという技術では、波の揃った光を試料に照射し、試料からの散乱光が形成する模様をコンピュータで解析することで像が得られる。レンズの性能に制限されないため、特にX線領域で従来の顕微鏡を超える高い分解能を実現できる。

【论文情报】

タイトル：Guided-image-filtering-assisted phase retrieval for amplitude reconstruction in single-frame coherent diffraction imaging
著者： Masaki Abe, Shuntaro Takazawa, Hideshi Uematsu, Yuhei Sasaki, Naru Okawa, Nozomu Ishiguro, Yukio Takahashi
笔头着者：东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター　博士研究员/日本学术振兴会特别研究员　阿部真树
掲载誌：翱辫迟颈肠补
顿翱滨：

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