在奈米尺度下能高精度視覺化物質結構的X射線層疊成像技術，作為一種可實現非破壞性且高分辨率的觀測方法而受到關注。然而，此前尚不存在能夠在同一裝置上覆蓋從軟X射線（約2～5keV能量範圍）到硬X射線（5keV以上）區域進行測量的系統。
日本東北大學研究生院工學研究科的佐佐木雄平博士生、東北大學國際放射光創新與智慧研究中心的石黑志副教授、高橋幸生教授等人組成的研究團隊，利用3GeV高輝度同步輻射設施Nano Terasu的光束線，成功開發出了覆蓋從軟X射線到硬X射線區域的寬頻高分辨率X射線層疊成像裝置。相關研究成果已發表在《IUCrJ》的線上版上。
圖1.大頻寬X射線層疊成像裝置外觀（供圖：東北大學）
(a)裝置整體視圖, (b)高級Kirkpatrick–Baez反射鏡, (c) CITIUS探測器
該系統結合了Nano Terasu高輝度且高相干性的X射線、無色差與彗差的高效率全反射聚焦光學系，以及可對應從軟X射線到硬X射線的高速積分型X射線圖像探測器CITIUS，實現了在無需改變聚焦光束位置的情況下，對能量進行連續掃描並開展測量。因此，首次實現了過去一直很困難的跨越軟X射線與硬X射線區域的X射線層疊成像測量。
將該裝置安裝於光束線，並對測試樣品進行測量後，在2.5keV下獲得38.7奈米、5keV下13.4奈米、7.5keV下16.1奈米的分辨率。
此外，研究團隊還成功實現了在硫酸鈣樣品中鈣和硫的K吸收邊附近進行奈米級圖像重建，並獲取了數十奈米級的X射線吸收光譜。
該裝置將成為在多元素材料中同時以三維空間加能量視覺化局部結構與化學狀態的強有力技術基礎。今後，將以電池材料、金屬合金、觸媒等工業應用材料為對象，進一步追求更高分辨率與更高穩定性的X射線光譜層疊成像技術的發展，有望作為助力材料數位化轉型與綠色轉型的分析工具。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：IUCrJ
論文：Broadband high-resolution X-ray ptychography system spanning tender to hard X-ray regimes
DOI：10.1107/S2052252525009236
