研究者詳細 - 松山　智至

論文 - 松山　智至

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Extreme focusing of hard X-ray free-electron laser pulses enables 7 nm focus width and 1022 W cm-2 intensity 査読有り Open Access

Yamada, J; Matsuyama, S; Inoue, I; Osaka, T; Inoue, T; Nakamura, N; Tanaka, Y; Inubushi, Y; Yabuuchi, T; Tono, K; Tamasaku, K; Yumoto, H; Koyama, T; Ohashi, H; Yabashi, M; Yamauchi, K

NATURE PHOTONICS 18 巻 ( 7 ) 頁： 685 - 690 2024年7月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Nature Photonics

By illuminating matter with bright and intense light, researchers gain insights into material composition and properties. In the regime of extremely short wavelengths, X-ray free-electron lasers (XFELs) with exceptional peak brilliance have unveiled crucial details about the structures, dynamics and physics of various materials. Although X-ray focusing optics to enhance the intensity have progressed, achieving a single-nanometre focal spot that fully exploits the source performance remains elusive. Aberrations arising from reflective optical schemes noticeably degrade the focal spot, even in the presence of inevitably slight angular transition and pointing errors. Here we present an approach that directly forms a source image in an extremely small focal spot, achieving 7 nm focusing, in both transverse dimensions, of 9.1 keV XFELs with the extremely high intensity of 1.45 × 1022 W cm−2. This was made possible by a scheme combining concave and convex X-ray mirrors with suppressed aberrations and high angular tolerances. The attained highly intense X-rays, surpassing the previous intensity by a hundred-fold, induced the vigorous ionization of chromium, suggesting the creation of solid-density heavy bare atomic nuclei. Our results, which demonstrate the realization of stable ultraintense XFEL beams by forming demagnified source images, hold immediate significance to a wide range of research fields, including atomic, molecular and optical physics and high-energy-density sciences.

DOI： 10.1038/s41566-024-01411-4

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Monolithic deformable mirror based on lithium niobate single crystal for high-resolution X-ray adaptive microscopy 査読有り Open Access

Inoue, T; Nakabayashi, S; Uematsu, K; Tanaka, Y; Nakamori, H; Kohmura, Y; Yabashi, M; Matsuyama, S

OPTICA 11 巻 ( 5 ) 頁： 621 - 625 2024年5月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Optica

X-ray microscopy is very promising not only for nondestructive and high-spatial-resolution observation of the internal structure of a sample but also for elemental distribution and chemical state analysis. However, the spatial resolution of microscopes remains unsatisfactory owing to the fabrication error in the objective lens. To realize an ultra-high-resolution, we propose and develop a monolithic deformable mirror based on a lithium niobite single crystal and a novel adaptive imaging system based on it. An X-ray interferometer confirmed that shape modification is possible with an accuracy of 0.67 nm in peak to valley under high stability (0.17 nm over 7 h) and hysteresis-free deformation control. Introducing this adaptive mirror into an X-ray microscope based on advanced Kirkpatrick-Baez mirror optics and correcting the wavefront aberration demonstrated that the X-ray image quality could be significantly improved.

DOI： 10.1364/OPTICA.516909

Open Access

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その他リンク： https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=optica-11-5-621

Multi-frame blind deconvolution using X-ray microscope images of an in-plane rotating sample 査読有り Open Access

Kurimoto, S; Inoue, T; Aoto, H; Ito, T; Ito, S; Kohmura, Y; Yabashi, M; Matsuyama, S

SCIENTIFIC REPORTS 14 巻 ( 1 ) 頁： 29726 2024年11月

担当区分：最終著者,　責任著者記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Scientific Reports

We propose a multi-frame blind deconvolution method using an in-plane rotating sample optimized for X-ray microscopy, where the application of existing deconvolution methods is technically difficult. Untrained neural networks are employed as the reconstruction algorithm to enable robust reconstruction against stage motion errors caused by the in-plane rotation of samples. From demonstration experiments using full-field X-ray microscopy with advanced Kirkpatrick–Baez mirror optics at SPring-8, a spatial resolution of 34 nm (half period) was successfully achieved by removing the wavefront aberration and improving the apparent numerical aperture. This method can contribute to the cost-effective improvement of X-ray microscopes with imperfect lenses as well as the reconstruction of the phase information of samples and lenses.

DOI： 10.1038/s41598-024-79237-x

Propagation-based phase-contrast imaging method for full-field X-ray microscopy using advanced Kirkpatrick-Baez mirrors 査読有り Open Access

Tanaka, Y; Yamada, J; Inoue, T; Kimura, T; Shimura, M; Kohmura, Y; Yabashi, M; Ishikawa, T; Yamauchi, K; Matsuyama, S

OPTICS EXPRESS 31 巻 ( 16 ) 頁： 26135 - 26144 2023年7月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Optics Express

We demonstrate a propagation-based phase-contrast imaging method for full-field X-ray microscopy based on advanced Kirkpatrick-Baez (AKB) mirrors to achieve high-contrast observations of weak phase objects and correct field curvature aberrations. Through a demonstration performed at SPring-8, the phase contrast of weak phase objects such as polystyrene spheres and chemically fixed cells was successfully observed with high sensitivity (∼0.03 rad). Furthermore, the field of view of the AKB mirrors was expanded to the full area of the obtained images (25 × 30 μm) by correcting the field curvature aberration using reconstructed complex wavefields.

DOI： 10.1364/OE.493789

その他リンク： https://opg.optica.org/viewmedia.cfm?URI=oe-31-16-26135&seq=0

Generation of an X-ray nanobeam of free electron laser using reflective optics with speckle interferometry 査読有り

T. Inoue, S. Matsuyama, J. Yamada, N. Nakamura, T. Osaka, I. Inoue, Y. Inubushi, K. Tono, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi

Journal of Synchrotron Radiation 27 巻 ( 4 ) 頁： 883 - 889 2020年7月

Full-field X-ray fluorescence microscope based on total-reflection advanced Kirkpatrick-Baez mirror optics 査読有り

S. Matsuyama, J. Yamada, Y. Kohmura, M. Yambashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi

Optics Express 27 巻 ( 13 ) 頁： 18318 - 18328 2019年6月

Compact reflective imaging optics in hard X-ray region based on concave and convex mirrors 査読有り

J. Yamada, S. Matsuyama, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi

Optics Express 27 巻 ( 3 ) 頁： 3429 - 3438 2019年2月

Nanofocusing of X-ray free-electron laser using wavefront-corrected multilayer focusing mirrors 査読有り

S. Matsuyama, T. Inoue, J. Yamada, J. Kim, H. Yumoto, Y. Inubushi, T. Osaka, I. Inoue, T. Koyama, K. Tono, H. Ohashi, M. Yabashi, T. Ishikawa, K. Yamauchi

Scientific Reports 8 巻 2018年11月

アダプティブX線顕微鏡における形状可変ミラーの形状最適化手法の提案

長嶋友作, 青戸仁志, 井上陽登, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024A 巻 ( 0 ) 頁： 614 - 614 2024年8月

担当区分：最終著者記述言語：日本語掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

ミラーを用いた結像型X線顕微鏡は，高効率かつ色収差無くX線像を取得できる．更なる高分解能化にむけて，形状可変ミラーを用いたアダプティブ顕微鏡を開発しているが，顕微鏡の光学収差を計測することは困難である．この問題を解決するために，深層学習に基づき，顕微鏡像から，形状可変ミラーの変形形状を最適化できる手法を開発した．

DOI： 10.11522/pscjspe.2024a.0_614

CiNii Research

高空間周波数形状制御実現のための接合型形状可変ミラーの開発

加納愛彩, 井上陽登, 吉水純弥, 上山冬馬, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024A 巻 ( 0 ) 頁： 610 - 610 2024年8月

担当区分：最終著者記述言語：日本語掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

X線ミラーを用いた結像型X線顕微鏡は優れた性能を有しており、更なる高空間分解能化が期待されている。一方で、高空間分解能化を実現するには，ミラーに求められる形状精度が厳しく，特に高い空間周波数の形状誤差への対応が難しい。この課題を解決するために、我々は3枚のニオブ酸リチウム（LN）を接合した形状可変ミラーを開発した。本発表では、作製したミラーの性能評価を行った結果を報告する。

DOI： 10.11522/pscjspe.2024a.0_610

CiNii Research

多層膜形状可変ミラーを用いたアダプティブX線顕微鏡の開発

南澤亮太, 井上陽登, 中林荘太, 加納愛彩, 吉水純弥, 香村芳樹, 矢橋牧名, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024A 巻 ( 0 ) 頁： 613 - 613 2024年8月

担当区分：最終著者記述言語：日本語掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

Ｘ線顕微鏡の更なる高分解能化のためには，形状可変ミラーを用いたアダプティブ顕微鏡の構築が有力である．これまでにニオブ酸リチウム製の形状可変ミラーを開発し，アダプティブＸ線顕微鏡の原理実証に成功してきた．現在，分解能sub-10nmの達成を目指し新規光学系を開発している．本発表では，光学系の詳細や新規作製した形状可変ミラーの性能評価結果について報告する．

DOI： 10.11522/pscjspe.2024a.0_613

CiNii Research

Examination of measurement by hard X-ray grazing incidence diffraction patterns of isolated lattices for 3D 1-nm resolution 査読有り

Tetsuya Hoshino, Sadao Aoki, Masahide Itoh, Hiroshi Itoh, Takato Inoue, and Satoshi Matsuyama

Optical Engineering 63 巻 ( 11 ) 頁： 111804-1 - 111804-11 2024年6月

Role of sulfane sulfur species in elemental tellurium nanorod formation in mammalian cells

Yu-ki Tanaka, Hiroki Yanagi, Ayako Shiokawa, Akihiro Matsunaga, Mari Shimura, Satoshi Matsuyama, Yasunori Fukumoto, Noriyuki Suzuki, Yasumitsu Ogra

Redox Biochemistry and Chemistry 8 巻頁： 100029-1 - 100029-8 2024年5月

A lipid index for risk of hyperlipidemia caused by anti-retroviral drugs 査読有り Open Access

Shimura, M; Higashi-Kuwata, N; Fujiwara, A; Taniguchi, M; Ichinose, T; Hamano, F; Uematsu, M; Inoue, T; Matsuyama, S; Suzuki, T; Ghosh, AK; Shindou, H; Shimuzu, T; Mitsuya, H

ANTIVIRAL RESEARCH 223 巻頁： 105819 2024年3月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Antiviral Research

HIV-associated lipodystrophy has been reported in people taking anti-retroviral therapy (ART). Lipodystrophy can cause cardiovascular diseases, affecting the quality of life of HIV-infected individuals. In this study, we propose a pharmacological lipid index to estimate the risk of hyperlipidemia caused by anti-retroviral drugs. Lipid droplets were stained in cells treated with anti-retroviral drugs and cyclosporin A. Signal intensities of lipid droplets were plotted against the drug concentrations to obtain an isodose of 10 μM of cyclosporin A, which we call the Pharmacological Lipid Index (PLI). The PLI was then normalized by EC50. PLI/EC50 values were low in early proteinase inhibitors and the nucleoside reverse transcriptase inhibitor, d4T, indicating high risk of hyperlipidemia, which is consistent with previous findings of hyperlipidemia. In contrast, there are few reports of hyperlipidemia for drugs with high PLI/EC50 scores. Data suggests that PLI/EC50 is a useful index for estimating the risk of hyperlipidemia.

DOI： 10.1016/j.antiviral.2024.105819

大視野を持つＸ線斜入射結像光学系を備えたX線顕微鏡

入山陽仁, 井上陽登, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024S 巻 ( 0 ) 頁： 418 - 418 2024年2月

担当区分：最終著者記述言語：日本語出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

全反射現象を用いたAdvanced Kirkpatrick-Baez (AKB）ミラー結像光学系は回折、屈折結像光学系と比較し高い結像効率と色収差がほとんどない利点を持つ。しかしこれまで開発されたWolterⅠ型およびⅢ型AKBミラー光学系は像面湾曲収差とコマ収差により視野が大きく制限されていた。我々はこれら2つの収差の低減を目的とし、WolterⅠ型ミラーに像面湾曲補正光学系を組み合わせた大視野結像光学系を提案した。本発表では顕微鏡開発の状況を報告する。

DOI： 10.11522/pscjspe.2024s.0_418

CiNii Research

高強度レーザー集光光学系のための大口径形状可変ミラーの開発

金﨑健太, 井上陽登, 吉水純弥, 中林荘太, 我妻一博, 石井雅樹, 松尾一輝, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024S 巻 ( 0 ) 頁： 372 - 372 2024年2月

担当区分：最終著者記述言語：日本語掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

レーザー核融合は次世代エネルギー源として注目されている．しかし，核融合の過程におけるレーザー集光装置の劣化が必至であるため，長期的な運用が困難である．この課題を解決するために，集光装置に形状可変ミラーを導入し，補償光学システムを構築することが提案されている．本発表では，大口径かつ高温環境耐性のある単結晶圧電素子製形状可変ミラーの開発について報告する．

DOI： 10.11522/pscjspe.2024s.0_372

CiNii Research

色収差の無いX線 sub-10 nm 集光のための極薄形状可変ミラーの開発

上山冬馬, 井上陽登, 吉水純弥, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024S 巻 ( 0 ) 頁： 427 - 427 2024年2月

担当区分：最終著者記述言語：日本語出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

X線を色収差無く 10nm 集光するためには，全反射ミラーのみで大開口数化を実現しなければならない．この問題を解決するために，多数の薄板ミラーを並べた新規光学配置を考案している．この光学系を実現する最も重要な課題は，高い形状精度を有する薄板ミラーを作製することにある．そこで本研究では，圧電素子を用いた厚み 100µm 以下の形状可変ミラーを開発した．

DOI： 10.11522/pscjspe.2024s.0_427

CiNii Research

深層強化学習によるX線アダプティブミラー制御法の開発

長嶋友作, 青戸仁志, 井上陽登, 松山智至

精密工学会学術講演会講演論文集 2024S 巻 ( 0 ) 頁： 421 - 421 2024年2月

担当区分：最終著者記述言語：日本語掲載種別：研究論文（その他学術会議資料等）出版者・発行元：公益社団法人精密工学会

ミラーを用いた結像型X線顕微鏡は，高効率かつ色収差無くX線像を取得できる．更なる高分解能化にむけて，形状可変ミラーを用いたアダプティブ顕微鏡を開発しているが，顕微鏡の光学収差を計測することは困難である．この問題を解決するために，深層強化学習に基づき，顕微鏡像の変化から，形状可変ミラーの変形形状を最適化できる手法を開発した．

DOI： 10.11522/pscjspe.2024s.0_421

CiNii Research

Development of precision Wolter mirrors for future soft X-ray observations of the Sun

Sakao, T; Kashima, S; Matsuyama, S; Inoue, T; Iriyama, H; Kurimoto, S; Yamauchi, K; Kohmura, Y; Miyake, A; Nakamori, H; Matsuzaka, S; Taniguchi, T; Nakano, T; Narukage, N

SPACE TELESCOPES AND INSTRUMENTATION 2024: ULTRAVIOLET TO GAMMA RAY, PT 1 13093 巻頁： 191 - 191 2024年

掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）出版者・発行元：Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering

X-ray imagery of the solar corona with arcsecond-level angular resolution is a key to understand various activities of hot plasmas in the corona. We report our development activities of precision Wolter mirrors for future soft X-ray imaging observations of the Sun. The Wolter mirrors under development are fabricated by direct polishing of glass-ceramic substrates. We fabricated an engineering Wolter mirror of 3-m focal length whose mirror area was 40 mm x 50 mm (along optical-axis and cylindrical directions, respectively) for each of the parabola and hyperbola sections using EEM (Elastic Emission Machining) precision polishing technology. X-ray imaging performance of the mirror was then evaluated with 8-keV parallel X-rays at SPring-8/BL29XUL. For the mirror area whose tilt up to >6 degrees along the cylindrical direction, the mirror showed imaging performance of ~0.25 arcsec FWHM (~0.55 arcsec HPD) with the scattering level ~1 × 10-4 of the PSF peak at 30-arcsec off-axis position.

DOI： 10.1117/12.3019393

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Ultimate condensation of hard X-ray free-electron laser reaching single-nanometre focus size and 1022 W/cm2 intensity

Jumpei Yamada, Satoshi Matsuyama, Ichiro Inoue, Taito Osaka, Takato Inoue, Nami Nakamura, Yuto Tanaka, Yuichi Inubushi, Toshinori Yabuuchi, Kensuke Tono, Kenji Tamasaku, Hirokatsu Yumoto, Takahisa Koyama, Haruhiko Ohashi, Makina Yabashi, Kazuto Yamauchi

2023年10月

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<松山 智至>

論文 - 松山 智至

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