2013S2-003
走査型透過X線顕微鏡（STXM）を用いたサステナブル科学の推進

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→関連サイト：PF研究会「顕微分光研究の新展開」（2012/9/13,14）

●基本情報
　●実験責任者：高橋　嘉夫（広島大院理→東大院理）
　●課題有効期間：2013/4〜2016/3
　●実験ステーション：13A、15A、16A

●課題の概要
　STXMは、50 nm以下の高い空間分解能で、炭素をはじめとする軽元素の官能基マッピングなどを大気圧化で測定できるという特徴を持つ、非常にユニークで汎用性やスループットが極めて高い装置である。本研究では、このSTXMを利用することが不可欠とみなせる以下の３つの研究を推進する。
(i) サステナブル物質科学： STXMの特徴を活かし、構成元素ごとの磁区構造を可視化することで、希土類磁石におけるDy添加量の抑制技術について開発の指針を与える。さらにその先には、薄膜の集積化や冶金学的プロセスによりバルクの高性能磁石への発展も期待できる。
(ii) サステナブル環境科学： エアロゾル中の炭素や硫黄、土壌中の炭素などをSTXMで分析することにより、地球温暖化の精密予測が可能になる。特に多元素混合系での炭素の化学種（官能基）解析は、元素選択性の高いSTXMでのみ有効である。また、有害元素・放射性核種の移行解析などにおいても、STXM（特に今回の装置は2-5 keVも対象にできる）が対象とするエネルギー領域に吸収端がある元素では、STXMの高空間分解能を活かした新規な研究が推進できる。
(iii) サステナブル資源科学： 海底の有用資源の探査やバイオリーチングなどによる資源リサイクルは、サステナブル社会実現に直結する課題である。また有機物分析による生物多様性の研究は、生体機能科学の根幹をなすものであり、本研究課題の重要な構成要素である。
　これらの研究は個々に、磁区構造の観察、天然試料中の軽元素の化学種解析、微生物１個体の観察、エアロゾル粒子の個別粒子観察、など、STXMでしか成し得ない分析項目を含んでいる。こうした技術を、応用研究者が装置開発者およびビームライン担当者と共同で発展させながら、ここに示されたサステナブル社会確立における課題に関する研究テーマを推進する。またこの研究を通じて、極めて強力な顕微分光法として日本にSTXMが定着し、新たなサイエンス発展の契機となることが期待される。

●成果発表
　●論文

• "Spherical tarball particles form through rapid chemical and physical changes of organic matter in biomass-burning smoke"
  Kouji Adachi, Arthur J. Sedlacek III, Lawrence Kleinman, Stephen R. Springston, Jian Wang, Duli Chand, John M. Hubbe, John E. Shilling, Timothy B. Onasch, Takeshi Kinase, Kohei Sakata, Yoshio Takahashi, and Peter R. Buseck
  Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 24 (2019) 19336.
• "Significant contribution of subseafloor microparticles to the global manganese budget"
  Go-ichiro Uramoto, Yuki Morono, Naotaka Tomioka, Shigeyuki Wakaki, Ryoichi Nakada, Rota Wagai, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Masato Hoshino, Yoshio Suzuki, Fumito Shiraishi, Satoshi Mitsunobu, Hiroki Suga, Yasuo Takeichi, Yoshio Takahashi & Fumio Inagaki
  Nature Communications, 10 (2019) 400.
• "In Search of a Binding Agent: Nano-Scale Evidence of Preferential Carbon Associations with Poorly-Crystalline Mineral Phases in Physically-Stable, Clay-Sized Aggregates"
  Maki Asano, Rota Wagai, Noriko Yamaguchi, Yasuo Takeichi, Makoto Maeda, Hiroki Suga and Yoshio Takahashi
  Soil Syst., 2 (2018) 32.
• "Comparison of Solid-Water Partitions of Radiocesium in River Waters in Fukushima and Chernobyl Areas"
  Yoshio Takahashi, Qiaohui Fan, Hiroki Suga, Kazuya Tanaka, Aya Sakaguchi, Yasuo Takeichi, Kanta Ono, Kazuhiko Mase, Kenji Kato and Vladimir V. Kanivets
  Scientific Reports, 7 (2017) 12407.
• "Cyanobacterial exopolymer properties differentiate microbial carbonate fabrics"
  Fumito Shiraishi, Yusaku Hanzawa, Tomoyo Okumura, Naotaka Tomioka, Yu Kodama, Hiroki Suga, Yoshio Takahashi and Akihiro Kano
  Scientific Reports, 7 (2017) 11805.
• "Spatially Resolved Distribution of Fe Species around Microbes at the Submicron Scale in Natural Bacteriogenic Iron Oxides"
  Hiroki Suga, Sakiko Kikuchi, Yasuo Takeichi, Chihiro Miyamoto, Masaaki Miyahara, Satoshi Mitsunobu, Takuji Ohigashi, Kazuhiko Mase, Kanta Ono, Yoshio Takahashi
  Microbes and Environments, 32 (2017) 283.
• "Soft x-ray spectromicroscopy using compact scanning transmission x-ray microscope at the photon factory"
  Yasuo Takeichi, Tetsuro Ueno, Nobuhito Inami, Hiroki Suga, Yoshio Takahashi and Kanta Ono
  AIP Conf. Proc. 1741 (2016) 030047.
• "Compact scanning transmission x-ray microscope at the photon factory"
  Yasuo Takeichi, Nobuhito Inami, Hiroki Suga, Yoshio Takahashi and Kanta Ono
  AIP Conf. Proc. 1696 (2016) 020020.
• "Design and performance of a compact scanning transmission X-ray microscope at the Photon Factory"
  Y. Takeichi, N. Inami, H. Suga, C. Miyamoto, T. Ueno, K. Mase, Y. Takahashi and K. Ono
  Rev. Sci. Instrum. 87 (2016) 013704.
• "Morphology of F8T2/PC₇₁BM Blend Film as Investigated by Scanning Transmission X-ray Microscope (STXM)"
  Yutaka Moritomo, Kouhei Yonezawa, Takeaki Sakurai, Takeshi Yasuda, Yasuo Takeichi, Hayato Kamioka, Hiroki Suga, Yoshio Takahashi, Yuji Yoshida, Nobuhito Inami, Kazuhiko Mase and Kanta Ono
  Mol. Cryst. Liquid Cryst. 620 (2015) 32.
• "Fullerene mixing effect on carrier formation in bulk-hetero organic solar cell"
  Yutaka Moritomo, Takeshi Yasuda, Kouhei Yonezawa, Takeaki Sakurai, Yasuo Takeichi, Hiroki Suga, Yoshio Takahashi, Nobuyuki Inami, Kazuhiko Mase and Kanta Ono
  Sci. Rep. 5 (2015) 9483.
• "Nano-scale identification of extracellular organic substances at microbe-mineral interface by scanning transmission X-ray microscopy (STXM)"
  Satoshi Mitsunobu, Ming Zhu, Yasuo Takeichi, Takuji Ohigashi, Hiroki Suga, Hiroko Makita, Masahiro Sakata, Kanta Ono, Kazuhiko Mase, and Yoshio Takahashi
  Chem. Lett. 44 (2015) 91.
• "Relationship between the adsorption species of cesium and radiocesium interception potential in soils and minerals: an EXAFS study"
  Qiaohui Fan, Noriko Yamaguchi, Masato Tanaka, Hirofumi Tsukada, Yoshio Takahashi
  J. Environ. Radioactivity 138 (2014) 92.
• "An EXAFS Study on the Effects of Natural Organic Matter and the Expandability of Clay Minerals on Cesium Adsorption and Mobility"
  Q.H.Fan, Y.Takahashi, K.Tanaka, and A.Sakaguchi
  Geochim. Cosmochim. Acta 135 (2014) 49.
• "Characterization of Particulate Matters in the Pripyat River in Chernobyl Related to Their Adsorption of Radiocesium with Inhibition Effect by Natural Organic Matter"
  Hiroki Suga, Qiaohui Fan, Yasuo Takeichi, Kazuya Tanaka, Hiroaki Kondo, Vladimir V. Kanivets, Aya Sakaguchi, Kenji Kato, Nobuhito Inami, Kazuhiko Mase, Kanta Ono, and Yoshio Takahashi
  Chem. Lett. 43 (2014) 1128.
• "Molecular Mixing in Donor and Acceptor Domains as Investigated by Scanning Transmission X-ray Microscopy"
  Yutaka Moritomo, Takeaki Sakurai, Takeshi Yasuda, Yasuo Takeichi, Kouhei Yonezawa, Hayato Kamioka, Hiroki Suga, Yoshio Takahashi, Yuji Yoshida, Nobuhito Inami, Kazuhiko Mase, and Kanta Ono
  Appl. Phys. Exp. 7 (2014) 052302.
• "Development of a Compact Scanning Transmission X-Ray Microscope"
  Y. Takeichi, N. Inami, H. Suga, T. Ueno, S. Kishimoto, Y. Takahashi, and K. Ono
  J. Phys.: Conf. Ser. 502 (2014) 012009.
• "Development of a Compact Scanning Transmission X-ray Microscope (STXM) at the Photon Factory"
  Yasuo Takeichi, Nobuhito Inami, Hiroki Suga, Kanta Ono, Yoshio Takahashi
  Chem. Lett. 43 (2014) 373.