コヒーレントX線により金属材料内部のナノ構造変化を「動画」で観察

─高性能材料開発に繋がる新手法─

2025年9月16日 14:00

研究者情報

〇国際放射光イノベーション・スマート研究センター
助教　高澤駿太郎
教授　高橋幸生
研究室ウェブサイト

発表のポイント

軽量・高強度なマグネシウム合金の加熱実験で、析出物の生成から成長までの過程をナノメートルスケールの"動画"で観察しました。さらに、個々の析出物の成長速度や方向の定量評価にも初めて成功しました。
光の位相がそろったコヒーレントX線を用いる複数の計測法とデータ科学的アプローチを組み合わせた新しい解析フレームワークを構築しました。

発表概要

マグネシウム合金は、実用金属の中で最も軽量かつ高強度であるため、自動車や家電製品、航空機などの構造材料として強く期待されています。
東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センターの高澤駿太郎助教（理化学研究所 放射光科学研究センター イメージングシステム開発チーム 客員研究員）と高橋幸生教授（理化学研究所 放射光科学研究センター イメージングシステム開発チーム チームリーダー）らは、二宮翔助教、星野大樹准教授、西堀麻衣子教授、理化学研究所 放射光科学研究センター放射光機器開発チームの初井宇記チームリーダー、北陸先端科学技術大学院大学 共創インテリジェンス研究領域のダム ヒョウ チ教授らと共同で、コヒーレントX線回折を用いる複数の手法を統合した新しい解析フレームワークを構築しました。この手法を用いることにより、ナノメートル（nm、1 nmは10億分の1 m）からマイクロメートル（µm、1 µmは100万分の1 m）にわたる空間スケールと、数秒から数時間にわたる時間スケールで、析出物の生成・成長・粗大化という一連のプロセスを鮮明に捉えることに成功しました。今回の成果は金属材料にとどまらず、高分子材料、触媒・電池材料など、多様な用途の物質内部で生じる動的現象の解明に応用可能な汎用的フレームワークとして期待されます。
本成果は、2025年9月15日の週（米国東部時間）に「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」誌（PNAS、米国科学アカデミー紀要）にオンライン掲載されます。



図1. Mg合金の加熱その場観察を実施したコヒーレントX線回折実験の模式図
X線領域でレンズの役目を果たすフレネルゾーンプレートを導入しており、試料の位置では、三角形開口と同様の三角形状の強度分布を有するビームが形成される。
試料は加熱用の配線が成膜された窒化ケイ素メンブレン上に固定している。

論文情報

タイトル：Spatiotemporal Mapping of Alloy Mesostructure Dynamics via Multimodal Coherent X-ray Diffraction Imaging
著者：Shuntaro Takazawa, Kakeru Ninomiya, Minh-Quyet HA, Tien-Sinh VU, Yuhei Sasaki, Masaki Abe, Hideshi Uematsu, Naru Okawa, Nozomu Ishiguro, Kyosuke Ozaki, Takaki Hatsui, Taiki Hoshino, Maiko Nishibori, Hieu-Chi DAM, and Yukio Takahashi^*
*責任著者：東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター　教授　高橋幸生
掲載誌：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター
教授　高橋幸生
TEL: 022-217-5166
Email: ytakahashi*tohoku.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所　広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）






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