Study of orbital angular momentum of x-ray by Compton scattering

• Project/Area Number: 18K04952
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: AGUI Akane 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, 上席研究員(定常) (20360406)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 櫻井 浩 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: コンプトン散乱 / 光渦 / 次数 / 運動量保存 / 挿入光源 / ノード数 / 挿入光源次数 / ノード / エルミート・ガウシアン / 角運動量 / X線 / 軌道角運動量

Outline of Final Research Achievements

We attempted to study optical vortex effect on Compton scattering profile.
In this study, we measured Compton scattering spectra of Al, Ag and Au metals changing the harmonic-order of x-rays from an undulator at the synchrotron radiation facility SPring-8. The width of Compton scattered X-ray spectrum changed depending on the harmonic-order of x-rays. This indicates that Compton scattering spectra shape reflects a momentum perpendicular to the traveling direction in Hermite-Gaussian (HG) light.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

コンプトン散乱自体はよく知られた散乱だが、それを利用し物性研究に利用する例は少ない。また、光渦度や光のノードの測定はX線領域では測定方法がありまない。
この研究によりコンプトン散乱をこれらの測定に利用できれば新しい測定方法となる。また、光の軌道角運動量が簡易に評価できるようになれば、逆コンプトン散乱や、光のトポロジーを使った物性探査など新しい物性分野を切り開くことができると考えている。

Research Products

• [Journal Article] Temperature Dependence of the Microscopic Magnetization Process of Tb12Co88 using Magnetic Compton Scattering (2019)
  • Author(s): Akane Agui, Akino Harako, Akane Shibayama, Kento Haishi, Naruki Tsuji, Xiaoix Liu, Chuang Ma, Hiroshi Sakurai
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 484 Pages: 207-211
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.04.031
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Investigation of microscopic magnetization process of Tb-Co films by magnetic Compton scattering (2019)
  • Author(s): Akane Agui, Akino Harako, Akane Shibayama, Kento Haishi, Naruki Tsuji, Xiaoxi Liu, and Hiroshi Sakurai
  • Organizer: 40th VUVX 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁気コンプトン散乱を用いたTb12Co88の磁化過程の研究 (2019)
  • Author(s): 安居院あかね, 原子秋乃, 拜詞健人, 辻 成希, 劉 小晰, 馬 闖, 櫻井 浩
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] TbCoアモルファス垂直磁化膜の磁化反転挙動の温度変化 (2019)
  • Author(s): 原子秋乃、櫻井浩、劉小晰、馬闖、鈴木宏輔、星和志、辻成希、櫻井吉晴、安居院あかね
  • Organizer: 日本磁気学会
• [Presentation] TbxCo100-xアモルファス垂直磁化膜の磁化反転挙動 (2019)
  • Author(s): 安居院あかね, 原子秋乃, 拜詞健人, 櫻井 浩, 劉 小晰, 辻 成希
  • Organizer: 日本放射光学会
• [Presentation] 磁気コンプトン散乱を用いたTb12Co88の磁化過程の研究 (2019)
  • Author(s): 安居院あかね, 原子秋乃, 拜詞健人, 辻 成希, 劉 小晰, 馬闖, 櫻井浩
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Tb12Co88アモルファス垂直磁化膜の磁化反転挙動の温度変化 (2018)
  • Author(s): 原子秋乃，櫻井浩，拝詞健人、鈴木宏輔，星和志, 劉小晰，馬闖, 辻成希、櫻井吉晴, 安居院あかね
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] Tb-Co垂直磁化膜の磁化過程の温度変化 (2018)
  • Author(s): 安居院あかね, 柴山茜, 拝詞 健人, 原子 秋乃, 櫻井 浩, 辻 成希, 馬 闖, 劉 小晰
  • Organizer: 日本物理学会
• [Book] 光物性学原論 (2020)
  • Author(s): 石井武比古・安居院あかね
  • Total Pages: 906
  • Publisher: 丸善出版
  • ISBN: 9784621304310
• [Book] 放射光利用の手引き―農水産・医療，エネルギー，環境，材料開発分野などへの応用― (2018)
  • Author(s): 東北放射光施設推進会議推進室 編集
  • Total Pages: 344
  • Publisher: アグネ技術センター