軟X線超高速光電子分光法による内殻電子ダイナミクスの実時間観測
| Project/Area Number |
23K23312
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| Project/Area Number (Other) |
22H02044 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Saga Industrial Promotion Organization |
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Principal Investigator |
金安 達夫 公益財団法人佐賀県産業振興機構(佐賀県産業イノベーションセンター産業振興部研究開発振興課、九州シンク, 加速器グループ, 副主任研究員 (90413997)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
彦坂 泰正 富山大学, 学術研究部教養教育学系, 教授 (00373192)
和田 真一 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (60304391)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
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| Keywords | 超高速分光 / 量子制御 / 放射光 / 内殻電子 / シンクトロトロン光源 / 光電子干渉 |
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| Outline of Research at the Start |
光を用いて物質内のあらゆる電子の運動を実時間観測することは，光科学・物質科学研究の究極的な目標の一つである．本研究では放射光による軟X線超高速分光法を開発し，それを用いて原子内部に強く束縛された内殻電子の運動をアト秒からフェムト秒の時間領域で可視化する．まずは気相の原子分子を対象とした技術開発と基礎的な原子分子実験で成果を上げ，その後，凝縮系物質における超高速現象の観測へ挑む．本研究で得られる成果は，汎用的な高輝度光である放射光の新たな利用法として，光科学・物質科学・生命科学への波及効果や新たなサイエンスの創出にも繋がると期待できる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
光を用いて物質内のあらゆる電子の運動を実時間観測することは，光科学・物質科学研究の究極的な目標の一つである．本研究では分子科学研究所の放射光源UVSORで生成した軟X線のダブルパルスによる軟X線超高速光電子分光法を開発し，原子や分子の内殻空孔の時間発展をアト秒からフェムト秒域で可視化する方法を開拓する．今年度は以下の研究を行った．
(1) 軟X線超高速光電子分光法の開発：キセノン原子の浅い内殻電子をターゲットとした二次元光電子干渉像の測定に成功し，数フェムト秒の時間スケールで進行する内殻空孔波束の時間発展に関する情報を引き出した．調整段階で行ったヘリウム原子の光電子干渉について実験結果を時間領域のダブルスリット実験の観点から解釈し，研究成果を論文投稿した．(2) 放射光電場の計測：干渉法を用いて単一電子が発する電磁放射の波形を世界で初めて実測することに成功した．本成果は米国光学会の学術誌OPTICAに掲載された．（3）光多重イオン化：多電子同時計測装置を用いて軟X線ダブルパルスによる希ガス原子の光二重イオン化の観測を試みた．光二重イオン化における光電子干渉を示す明確なデータは得られなかったが，計測手法の改善点を見出すことは出来た．測定条件の検討を進め次年度以降に再実験を行う．（4）水冷ピンホールの開発：光ビームのエミッタンス低減操作を目的としてピンホール装置を設計・制作した．制作した装置をビームラインへ持ち込みエミッタンスの低減操作を試みた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた研究内容はおおむね順調に進めることが出来た．とくに超高速光電子分光法の根幹をなす放射光ダブルパルスによる光電子干渉現象について高品質なデータが得られ，その結果はScientific Reports誌に投稿し同誌への掲載が決定した．さらに放射光電場の計測という新たなアイデアを超短パルスレーザーの専門家との共同研究で実証することに成功した．単一電子が発する放射波形の実測は世界初の成果であり，本手法は今後の放射光源の開発に大きく貢献することが見込まれる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は超高速光電子分光法のさらなる高速化を目指す．数フェムト秒の時間スケールで進行する内殻空孔波束の時間発展の観測に成功したが干渉像のコントラストはUVSORの光源性能で制限されるため，本手法をサブフェムト秒域へと拡張するには，光源性能の向上が必須である．そこでピンホールによるエミッタンス低減操作技術の確立し，サブフェムト秒域で進行する電子緩和過程の時間観測を実現する．本研究課題では気相の原子分子に加えて凝縮系物質もターゲットとしている．凝縮系物質における光電子干渉を観測するためには，電子分光器に固体サンプル導入用の改造を施す必要がある．次年度以降に凝縮系物質を対象とした実験研究を行うために，固体サンプル導入用のマニピュレータの設計と開発を進める．
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Report
(1 results)
Research Products
(17 results)
