Ｘ線自由電子レーザーによるナノクラスター回折実験：非平衡核生成ダイナミクスの解明
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19J14969
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
仁王頭 明伸 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | XFEL / クラスター / 核生成 |
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| Outline of Research at the Start |
クラスターとは原子、分子が数個から数百個、あるいはそれ以上の数結合した集合体である。本研究では、断熱膨張により冷却された希ガス中における希ガスクラスターの核生成・成長過程を、X線自由電子レーザー(XFEL)を用いたシングルショットX線回折実験により観測する。これにより成長途中の単一の希ガスクラスターの構造を明らかにし、従来観測が不可能であった高速な核生成・成長過程における非平衡ダイナミクスを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
報告者は本年度、国内のX線自由電子レーザー施設SACLAを利用して得られた単一キセノン（Xe）ナノクラスターの回折実験の詳細なデータ解析を進めた。実験データの解析により得られた粉末X線回折パターンと数値シミュレーション結果の比較から、Xeクラスターの構造はバルクの安定構造であるfcc構造と2次元の最密充填層がランダムに積層したランダム六方最密充填（rhcp）構造の和で説明できることが明らかとなった。さらに単一Xeクラスターの回折像に出現したストリークパターンと呼ばれる特徴的な回折像に注目し、単一粒子の内部構造の解明を試みた。昨年度開発した回折像のシミュレーションプログラムを用いて、実験で得られた回折像を再現する構造について詳細な検討を行った。その結果、一部のXeクラスターの内部において、同程度の体積を持つfcc結晶とrhcp結晶が積層方向に結合して共存していることが強く示唆された。これらの観測結果は、Xeクラスターの核生成・成長過程においてまず準安定相であるrhcp構造が生成し、その後より安定なfcc構造への転移が起こるというシナリオにより説明された。このような核生成・成長直後の構造ダイナミクスに関する知見は、XFELを利用したシングルショットのX線回折実験により初めて明らかとなったものである。本研究で示唆された核生成・成長のシナリオは、本研究で対象とした希ガス系のみならず他の系で普遍的に成り立つ可能性があり、したがって新規材料開発から気象学に至る幅広い分野への応用が期待される。報告者は上記の研究成果について複数の原著論文を筆頭著者として執筆し学術誌に投稿するに至った。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Ultrafast Structural Dynamics of Nanoparticles in Intense Laser Fields2019
Author(s)
Nishiyama Toshiyuki、Kumagai Yoshiaki、Niozu Akinobu、Fukuzawa Hironobu、Motomura Koji、Bucher Maximilian、Ito Yuta、Takanashi Tsukasa、Asa Kazuki、Sato Yuhiro、You Daehyun、Li Yiwen、Ono Taishi、Kukk Edwin、Miron Catalin、Neagu Liviu、Katayama Tetsuo、他17名
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 123
Issue: 12
Pages: 123201-123201
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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