東京大学
理化学研究所
科学技術振興機構（JST）
発表のポイント
- X線自由電子レーザー（XFEL）のパルス1ショットを用いて、試料の各位置を透過した軟X線のスペクトルを同時に取得する分光イメージング技術を実証しました。
- Wolter（ウォルター）ミラー顕微鏡と、417個の微小分光素子を組み合わせ、2次元像を非走査で一括分光する計測システムを開発しました。
- 高速かつ不均一に変化する材料・デバイス・生体試料などを対象に、将来的な化学状態イメージングや空間的・ショットごとのXFELビーム診断への応用が期待されます。
概要
東京大学物性研究所の竹尾陽子助教、木村隆志准教授、東京大学先端科学技術研究センターの江川悟助教、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らによる研究グループは、X線自由電子レーザー（XFEL）（注1）の単一パルスを用いて、試料の各位置を透過した軟X線のスペクトルを同時に取得するフェムト秒軟X線ハイパースペクトル顕微鏡（注2）を開発、実現に成功しました。
本研究では、色収差のないWolterミラー（注3、関連情報①）で拡大した像を、417個の微小分光素子を集積したマルチ開口回折格子（注4）で多数の空間チャンネルに分け、2次元検出器上で一括分光しました（図1）。これにより、本来トレードオフの関係にある空間分解とエネルギー分解を兼ね備えた像を1ショットで得られるようになります。
本技術の検証として行った兵庫県播磨科学公園都市のX線自由電子レーザー施設SACLA（注5）の軟X線ビームラインBL1での実験では、XFELビーム自体の空間的・ショットごとのスペクトル変動を可視化するとともに、単一パルスを用いた窒化ケイ素膜の分光イメージングの実証に成功しました。今後、高速かつ不均一に変化する材料・デバイス・生体試料の化学状態イメージングや、XFELパルスのビーム診断などの、分析基盤としての展開を目指しています。
本成果は2026年8月20日（現地時間）発行の米国科学誌「Optica」に掲載されました。
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