クラスターを用いたレーザープラズマ軟X線源によるナノ構造体のイメージング

Soft X-ray source for nanostructure imaging using femtosecond-laser-irradiated clusters

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 神門 正城; 小瀧 秀行; 大東 出; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 亀島 敬; 河内 哲哉; 大道 博行; 田島 俊樹; 加藤 義章 ; Bulanov, S. V.

Fukuda, Yuji; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; Kando, Masaki; Kotaki, Hideyuki; Daito, Izuru; Homma, Takayuki; Kawase, Keigo; Kameshima, Takashi; Kawachi, Tetsuya; Daido, Hiroyuki; Tajima, Toshiki; Kato, Yoshiaki; Bulanov, S. V.

X線による物質のイメージングは、医学,生物学,物質科学の分野で広く診断ツールとして用いられている。薄膜や生体物質のようなナノ構造体のイメージングを行う場合、サンプルが非常に薄いため、透過性の強い硬X線を用いて高コントラスト像を得るのは困難である。一方、軟X線は、硬X線に比べ物質に吸収されやすい、及び、大きな位相差が得られるため、軟X線を用いたナノ構造体の位相差像の計測に適している。本研究では、高強度フェムト秒レーザーと二酸化炭素クラスターとの相互作用により、レーザープラズマX線源としては世界最高レベルのピーク輝度10ph/s/mm/mrad/0.1%BWを達成した。これを線源とし、高ダイナミックレンジのフッ化リチウム結晶を軟X線検出器として用いることで、ナノ構造体(100nm厚Mo薄膜)の広視野(数ミリメートル領域)、かつ、高分解能(横方向分解能:700nm,深さ方向分解能:100nm)の「吸収差像」、及び、「位相差象」の取得に成功した。

The novel soft X-ray light source using the supersonic expansion of the mixed gas of He and CO, when irradiated by a femtosecond Ti:sapphire laserpulse, is observed to enhance the radiation of soft X-rays from the CO clusters. Using this soft X-ray emissions, nanostructure images of 100-nm thick Mo foils in a wide field of view (mm scale) with high spatial resolution (800 nm) are obtained with high dynamic range LiF crystal detectors.