Development of a dense source of highly-charged ions for X-ray quantum optics

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K04707
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: HARRIES JAMES 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 主幹研究員(定常) (30416383)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 原子分子 / イオン

Outline of Annual Research Achievements

本研究の最終目的は、自由電子レーザー等のコヒーレントX線を利用した量子光学手法開発のための試料づくりである。可視光における量子光学では気体状態の原子(例えばルビジウム、セシウム等)がよく用いられるが、より短い波長が対象になるとa)窓がつかえないとb)適切な励起状態がない、という二つの問題を克服する必要がある。多価のイオンの利用によって、短波長でも適切な順位系が用意できるので、本研究では密度の高い、多価イオンのサンプルの生成法の開発を目指している。本年度は以下の進歩を報告する。
1)小型、永久磁石を利用した電子ビームイオントラップの開発を進めた。基本的な機能についてはドイツのグループと協同で開発し、国際会議にて発表を行っている。トラップ中心では0.8T以上の磁場を達成できた。3 keV, 4 mA の電子ビームで Ar 16+ の生成の確認ができた。ドイツのトラップは放射光を用いて、酸素イオンの共鳴励起実験の実施ができた。又、トラップの軸から外れた電子ビームの動作確認も成功した。詳細結果は論文投稿中。
2)小型電子ビームイオントラップの開発と並行で、自由電子レーザーを用いたイオン生成の実験も行った。高密度のガスセルを用いることによって、瞬間的に高密度なヘリウムイオン試料が自由電子レーザーによるイオン化で生成できる。自由電子レーザーの波長をイオンの共鳴遷移にあわすことによって、高密度な励起状態イオン試料も生成できる。これにともなう協調的脱励起（超蛍光）を実験で観測できた。実験結果の理解のため、数値計算も進めた。これらの成果は論文投稿準備中。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Max-Planck Institut fur Kernphysik(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max-Planck Institut fur Kernphysik
• [Journal Article] Superfluorescence/Superradiance in Helium Following Free-Electron Laser Excitation (2018)
  • Author(s): J R Harries, S.Kuma, H.Iwayama, E.Shigemasa
  • Journal Title: X-Ray Lasers 2016 Proceedings of the 15th International Conference on X-Ray Lasers Volume: - Pages: 105-108
  • DOI: 10.1007/978-3-319-73025-7_16
  • Peer Reviewed
• [Presentation] EUV-FEL励起由来のヘリウムイオンからの 164 nm 超蛍光の観測 (2018)
  • Author(s): J R Harries, 岩山 洋士, 繁政英治, 久間 晋, 大和田成起, 井上伊知郎, 富樫格, 鈴木紀裕, 東善郎,
  • Organizer: 日本物理学会2018年次大会
• [Presentation] EUV-FELによるVUV超蛍光：実験と数値計算 (2018)
  • Author(s): J R Harries, 岩山洋土 ,藤瀬光, 繁政英治, 鈴木紀裕, 東善郎, 久間晋, 井上伊知郎, 大和田成起
  • 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 (つくば)
• [Presentation] A new generation of room-temperature electron-beam ion traps with straight-through, on-axis optical access (2017)
  • Author(s): Sven Bernitt, Klaus Blaum, Lisa F Buchauer, Thore M Bucking, Andre Cieluch, Alexander Egl, James R Harries, Sandro Kraemer, Steffen Kuhn, Peter Micke, Rima X Schussler, Christoph Schweiger, Sven Sturm, Robert N Wolf, Jose R. Crespo Lopez-Urrutia
  • Organizer: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Superfluorescence (collective spontaneous emission) observed from helium atoms following excitation using an extreme-ultraviolet free-electron laser (2017)
  • Author(s): J R Harries, H Fujise, I Inoue, H Iwayama, S Kuma, Y Miyamoto, K Nakajima, C Ohae, S Ohwada, N Sasao, E Shigemasa, K Tamasaku, T Togashi, M Yabashi
  • Organizer: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of superfluorescence at a wavelength of 164 nm from ‘highly’ - charged helium ions (2017)
  • Author(s): J R Harries, 東善郎, 岩山洋士, 久間晋, 繁政英治, 鈴木紀裕
  • Organizer: 原子衝突学会第42回年会