Time-resolved spectroscopy on photo-dissociative molecules using short-wavelength free-electron lasers

• Project/Area Number: 15K17487
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Fukuzawa Hironobu 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40541834)
• Research Collaborator: UEDA Kiyoshi ; NAGAYA Kiyonobu
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 自由電子レーザー / ポンプ・プローブ計測 / 運動量相関計測 / 重元素 / 分子動画

Outline of Final Research Achievements

Ultrafast reactions in femtosecond order were revealed by pump-probe measurements using free-electron laser and optical laser at X-ray free-electron laser facility, SACLA. In the observed ultrafast reactions, different reaction mechanisms were revealed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

X線を気相分子照射して起こる反応の初期段階を、フェムト秒スケールで観測した例はこれまでになかった。X線を生体分子に照射すると放射線損傷と呼ばれる分子の破壊が起こるが、そのメカニズムは解明されていない。放射線損傷を制御できれば、例えば放射線を用いたがん治療を正確に効率よく実施することが可能となる。今回の研究成果を引き金として、放射線損傷機構解明に向けた大きな発展が期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] トゥルク大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] ゲーテ大学/ハイデルベルグ大学/European XFEL(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ELI-NP/INFLPR(ルーマニア)
• [Int'l Joint Research] 上海科技大学/北京航空航天大学(中国)
• [Int'l Joint Research] Synchrotron SOLEIL/パリ＝サクレ大学(フランス)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] トルゥク大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/DESY(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
• [Int'l Joint Research] エレットラ/ミラノ工科大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] カンザス州立大学/コネチカット大学(米国)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] トルゥク大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/DESY(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
• [Int'l Joint Research] エレットラ/ミラノ工科大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] カンザス州立大学/コネチカット大学(米国)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] トゥルク大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/European XFEL(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
• [Int'l Joint Research] ソレイユ(フランス)
• [Int'l Joint Research] カンザス州立大学(米国)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] Low-energy-electron production after 2p ionization of argon clusters (2019)
  • Author(s): Fukuzawa Hironobu、Li Yiwen、You Daehyun、Sakakibara Yuta、Yamada Syuhei、Ito Yuta、Takanashi Tsukasa、Oura Masaki、Saito Norio、Ueda Kiyoshi
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 99 Issue: 4 Pages: 042505-042505
  • DOI: 10.1103/physreva.99.042505
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probing molecular bond-length using molecular-frame photoelectron angular distributions (2019)
  • Author(s): Fukuzawa Hironobu、Lucchese Robert R.、Liu Xiao-Jing、Sakai Kentaro、Iwayama Hiroshi、Nagaya Kiyonobu、Kreidi Katharina、Schoeffler Markus S.、Harries James R.、Tamenori Yusuke、Morishita Yuichiro、Suzuki Isao H.、Saito Norio、Ueda Kiyoshi
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 150 Issue: 17 Pages: 174306-174306
  • DOI: 10.1063/1.5091946
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Real-time observation of X-ray-induced intramolecular and interatomic electronic decay in CH2I2 (2019)
  • Author(s): Fukuzawa Hironobu、Takanashi Tsukasa、Kukk Edwin、Motomura Koji、Wada Shin-ichi、Nagaya Kiyonobu、Ito Yuta、Nishiyama Toshiyuki、Christophe Nicolas 6, Yoshiaki Kumagai、Iablonskyi Denys、Mondal Subhendu、Tachibana Tetsuya、You Daehyun、Yamada Syuhei、Sakakibara Yuta、Asa Kazuki、Sato Yuhiro、Sakai Tsukasa、et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: － Issue: 1 Pages: 2186-2186
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10060-z
  • NAID: 120006634627
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Radiation-Induced Chemical Dynamics in Ar Clusters Exposed to Strong X-Ray Pulses (2018)
  • Author(s): Kumagai Yoshiaki、Jurek Zoltan、Xu Weiqing、Fukuzawa Hironobu、Motomura Koji、Iablonskyi Denys、Nagaya Kiyonobu, 他19名
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 120 Issue: 22 Pages: 223201-223201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.223201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Following the Birth of a Nanoplasma Produced by an Ultrashort Hard-X-Ray Laser in Xenon Clusters (2018)
  • Author(s): Kumagai Yoshiaki, Fukuzawa Hironobu, Motomura Koji, Iablonskyi Denys, Nagaya Kiyonobu, Wada Shin-ichi, Ito Yuta, Takanashi Tsukasa, Sakakibara Yuta, Katayama Tetsuo, Togashi Tadashi, Tono Kensuke, Yabashi Makina, Golubev Nikolay V., Gokhberg Kirill, Cederbaum Lorenz S., Kuleff Alexander I., Ueda Kiyoshi (全34名)
  • Journal Title: Physical Review X Volume: 8 Issue: 3 Pages: 031034-031034
  • DOI: 10.1103/physrevx.8.031034
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Advances in instrumentation for gas-phase spectroscopy and diffraction with short-wavelength free electron lasers (2018)
  • Author(s): Fukuzawa Hironobu、Nagaya Kiyonobu、Ueda Kiyoshi
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 907 Pages: 116-131
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.03.017
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ultrafast Coulomb explosion of a diiodomethane molecule induced by an X-ray free-electron laser pulse (2017)
  • Author(s): Tsukasa Takanashi, Kosuke Nakamura, Edwin Kukk, Koji Motomura, Hironobu Fukuzawa, Kiyonobu Nagaya, (他28名), Hirohiko Kono, Kiyoshi Ueda
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 19 Issue: 30 Pages: 19707-19721
  • DOI: 10.1039/c7cp01669g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Charge transfer to ground-state ions produces free electrons (2017)
  • Author(s): D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gokhberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 14277-14277
  • DOI: 10.1038/ncomms14277
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultrafast dynamics induced by FEL or optical laser in atoms, molecules, and clusters (2018)
  • Author(s): Hironobu Fukuzawa
  • Organizer: SACLA User's Meeting 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] SACLA BL1を用いた気相原子分子の時間分解測定 (2018)
  • Author(s): 高梨司, 福澤宏宣, Kukk Edwin, 永谷清信, 和田真一, 岸本直樹, 本村幸治, 熊谷嘉晃, You Daehyun, 小野太詩, Li Yiwen, 伊藤雄太, 西山俊幸, 仁王頭明伸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 横野直道, 櫻澤智大, Grundmann Sven, Schoeffler Markus, Piseri Paolo, Ball Rebecca, Liu Xiao-Jing, Asavei Theodor, Miron Catalin, Gaumnitz Thomas, 他
  • Organizer: 第31回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] SACLAのX線自由電子レーザーに誘起されるCH2I2分子における超高速緩和過程の時間分解測定 (2017)
  • Author(s): 高梨司, 福澤宏宣, 本村幸治, 永谷清信, 和田真一, 熊谷嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤雄太, 立花徹也, 山田周平, 榊原悠太, You Daehyun, 西山俊幸, 松波健司, 酒井司, 浅和貴, 佐藤由比呂, 梅本嵩之, 仮谷薗寛悟, 高橋優祐, 菅野学, 中村公亮, 山崎馨, 梶本真司, 五月女光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, 他
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-08
• [Presentation] Ne-Kr 混合クラスターにおける基底状態イオンへの電荷移動に伴う電子放出 (2017)
  • Author(s): Daehyun You, 福澤宏宣, 榊原悠太, 高梨司, 伊藤雄太, Gianluigi G. Maliyar, 本村幸治, 永谷清信, 西山俊幸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 斎藤則生, 大浦正樹, Markus Schoffler, Gregor Kastirke, Uwe Hegenhahn, Vasili Stumpf, Kirill Gokhberg, Alexander I. Kuleff, Lorenz S. Cederbaum, 上田潔
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-08
• [Presentation] Molecular dynamics revealed by X-ray free-electron laser at SACLA (2017)
  • Author(s): H. Fukuzawa, T. Takanashi, K. Nakamura, E. Kukk, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, S. Mondal, Y. Ito, T. Tachibana, S. Yamada, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Matsunami, T. Sakai, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, K. Ochiai, M. Kanno, K. Yamazaki, S. Kajimoto, et al.
  • Organizer: Intense field- Short Wavelength Atomic and Molecular Processes (ISWAMP)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evidence for Efficient Pathway to Produce Slow Electrons by Ground-state Dication in Clusters (2017)
  • Author(s): D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gohkberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • Organizer: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Real Time Observation of Ultrafast Dynamics in CH2I2 Molecule Induced by XFEL Pulse (2017)
  • Author(s): T. Takanashi, H. Fukuzawa, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, S. Mondal, Y. Ito, T. Tachibana, S. Yamada, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Matsunami, T. Sakai, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, Y. Takahashi, M. Kanno, K. Nakamura, K. Yamazaki, S. Kajimoto, H. Sotome, et al.
  • Organizer: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ne-Kr混合クラスターにおける基底状態イオンからの 低エネルギー電子生成過程 (2017)
  • Author(s): You Daehyun, 福澤 宏宣, 榊原 悠太, 高梨 司, 伊藤 雄太, Maliyar Gianluigi M., 本村 幸治, 永谷 清信, 西山 俊幸, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 斎藤 則生, 大浦 正樹, Schoeffler Markus, Kastirke Gregor, Hergenhahn Uwe, Stumpf Vasili, Gohkberg Kirill, Kuleff Alexander I., Cederbaum Lorenz S., 上田 潔
  • Organizer: 第11回分子科学討論会
• [Presentation] Ne-Kr 混合クラスターにおける基底状態イオンへの電荷移動に伴う低エネルギー電子生成の観測 (2016)
  • Author(s): Daehyun You, 福澤宏宣, 榊原悠太, 高梨司, 伊藤雄太, Gianluigi G. Maliyar, 本村幸治, 永谷清信, 西山俊幸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 斎藤則生, 大浦正樹, Markus Schoeffler, Gregor Kastirke, Uwe Hergenhahn, Vasili Stumpf, Kirill Gokhberg, Alexander I. Kuleff, Lorenz S. Cederbaum, 上田潔
  • Organizer: 原子衝突学会第41回年会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-12-10
• [Presentation] X線自由電子レーザーを用いたジヨードメタンにおける光誘起分子過程の時間分解測定 (2016)
  • Author(s): 高梨司, 福澤宏宣, 本村幸治, 永谷清信, 和田真一, 熊谷嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤雄太, 立花徹也, 山田周平, 榊原悠太, ユデヒョン, 西山俊幸, 松波健司, 酒井司, 浅和貴, 佐藤由比呂, 梅本嵩之, 仮屋薗寛悟, 梶本真司, 五月女光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, Miron Catalin, Schoeffler Markus, 他
  • Organizer: 第10回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 神戸ファッションマート（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Experimental identification for an efficient neutralization pathway of the dication in a cluster (2016)
  • Author(s): D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gokhberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • Organizer: 39th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2016)
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SACLAのX線自由電子レーザーを用いたジヨードメタン分子における光誘起反応の時間分解測定 (2016)
  • Author(s): 高梨 司, 福澤 宏宣, 本村 幸治, 永谷 清信, 和田 真一, 熊谷 嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤 雄太, 立花 徹也, 山田 周平, 榊原 悠太, You Daehyun, 西山 俊幸, 松波 健司, 酒井 司, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 梅本 嵩之, 仮屋薗 寛悟, 梶本 真司, 五月女 光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, Miron Catalin, 他
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Ne-Kr 混合クラスターにおける Ne 1s 光イオン化からの緩和過程の解明 (2016)
  • Author(s): You Daehyun, 榊原 悠太, 福澤 宏宣, 高梨 司, 伊藤 雄太, Maliyar Gianluigi, 本村 幸治, 永谷 清信, 西山 俊幸, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 八尾 誠, Schoeffler Markus, Kastirke Gregor, Gokhberg Kirill, Kuleff Alexander, Cederbaum Lorenz, 大浦 正樹, 齋藤 則生, 上田 潔
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19