超高圧縮異常格子状態の発現と観察

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K13609
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 尾崎 典雅 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70432515)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 高エネルギー密度科学 / 極限科学 / 物質ダイナミクス / 超高圧 / 高強度レーザー / 一軸圧縮 / 超高速

Outline of Annual Research Achievements

パワーレーザー照射の超高速圧縮により異常格子状態を発現させるとともに、X線自由電子レーザーを同時に用いたポンププローブ実験において、フェムト秒時間分解リアルタイムその場観察によりそのダイナミクスを明らかにしていくことを目指して研究を遂行した。

研究代表者によって独自に確立されてきた線結像型レーザードップラー速度干渉計（VISAR）と放射輝度温度計（SOP）を中心とした動的超高圧ダイナミクス観察システムを利用し、パワーレーザー照射によって駆動された数10万気圧程度までの超高圧超高速圧力環境のその場リアルタイム観察を行った。シリコン単結晶において、配向性を変化させたターゲットに圧力を印加し、ピコ秒時間分解で自由表面速度測定を行った。これにより、一次元の弾性圧縮状態を示唆する前駆波の存在、およびその応力状態の時間進展に関する情報を得ることに成功した。この一軸圧縮状態において、既存の状態方程式を用いて応力計算を試み、ユゴニオ弾性限界応力値との比較を行った。

また、この超高圧超高速圧縮状態を格子レベルで同時観察するために、高輝度ナノ秒X線プローブを生成するためのターゲットおよび実験ジオメトリを検討し、ナノ秒ダイナミックX線回折イメージング法の実証実験を開始した。レーザープラズマX線パルスのパルス幅および光源サイズなどに関するキャラクタリーゼーション、イメージングプレートディテクタ配置およびフィルタの最適化、スタティックショットによるSNの評価などを行い、良好な結果を得ることに成功した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究実績および輻射シミュレーションコードの予測により最適化されたターゲットの開発により、サブ100万気圧領域もの超高圧超高速圧縮状態の生成に成功した。これにより、弾性圧縮状態を示唆する前駆波の存在と、その正確な圧力値および状態の時間進展に関する情報が得られた。

この超高圧超高速圧縮状態を格子レベルで同時観察するための、ナノ秒ダイナミックX線回折イメージングターゲットとジオメトリを確立することに成功するだけでなく、超高速相転移に関する予備的な実験データを得ることにも成功した。また、イメージング手法の高度化に関する有用な知見を得ることにも成功した。

Strategy for Future Research Activity

得られた異常圧縮状態における構造およびその時間進展を明らかにし、その一軸圧縮性について評価検討する。異方性結晶の動的一軸圧縮下での振る舞いの観察を、動的超高圧ダイナミクス観察システムを利用して開始し、機械力学的特性と光学特性を明らかにして物質状態を推量するとともに、X線回折イメージングと結合した同時観察へと展開する。レーザーパルスのパルス幅およびコントラストを極限まで制御し、圧力の超高速性を高め、一軸圧縮性や最大圧力との関係の実験的検討に踏み込む。そのための方法論の構築を進める。

Causes of Carryover

これまでの研究実績および輻射シミュレーションコードの予測により最適化されたターゲットの開発により、既にサブ100万気圧領域もの超高圧超高速圧縮状態の生成に成功した。これにより効率的なデータ取得が可能となり、ナノ秒ダイナミックX線回折イメージングターゲットとジオメトリを確立することに成功するだけでなく、超高速相転移に関する予備的な実験データを得ることにも成功した。より高度な次年度以降の展開のために差額を使用する。

Expenditure Plan for Carryover Budget

異方性結晶の動的一軸圧縮下での振る舞いの観察を先んじて開始するために試料準備を行う。また、レーザーパルスのパルス幅およびコントラストの制御により圧力の超高速性を高めた場合の、一軸圧縮性や最大圧力との関係を明らかにするための予備実験の準備を行う。これら発展的な実験のための試料準備に使用する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] エコールポリテクニーク /パリ大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: エコールポリテクニーク /パリ大学
• [Int'l Joint Research] オックスフォード大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: オックスフォード大学
• [Journal Article] ハイパワーレーザーを用いた物質極限状態の生成と観測(Creation and Observation of Extreme State of Matter using High-Power Laser) (2016)
  • Author(s): N. Ozaki
  • Journal Title: J. Plasma. Fusion Res. Volume: 92(3） Pages: 226-232
  • Open Access
• [Journal Article] P-ρ-T measurements of H2O up to 260 GPa under laser-driven shock loading (2015)
  • Author(s): T. Kimura, N. Ozaki, T. Sano, T. Okuchi, T. Sano, K.Shimizu,K.Miyanishi, T. Terai, T. Kakeshita, M.French, R. Redmer, Y. Sakawa, and R. Kodama
  • Journal Title: J. Chem. Phys. Volume: 142 Pages: 164504_1-5
  • DOI: 10.1063/1.4919052
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] X-ray absorption spectroscopy of iron at multimegabar pressures in laser shock experiments (2015)
  • Author(s): M. Harmand, A. Ravasio, S. Mazevet, J. Bouchet, A. Denoeud,F. Dorchies, Y. Feng, C. Fourment, E. Galtier,J. Gaudin, F. Guyot,R.Kodama,M.Koenig, H. J. Lee, K. Miyanishi, G. Morard, R. Musella,B.Nagler,M.Nakatsutsumi, N. Ozaki, V. Recoules, S. Toleikis, T. Vinci, U. Zastrau, D. Zhu, and A. Benuzzi-Mounaix
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 92 Pages: 024108_1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.024108
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Laser-shock compression of magnesium oxide in the warm-dense matter regime (2015)
  • Author(s): K. Miyanishi, Y. Tange, N. Ozaki, T. Kimura, T. Sano, Y. Sakawa, T. Tsuchiya, and R. Kodama
  • Journal Title: Phys. Rev. E Volume: 92(2) Pages: 023103_1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.92.023103
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 3D visualization of XFEL beam focusing properties using LiF crystal X-ray detector (2015)
  • Author(s): T. Pikuz, A. Faenov, T. Matsuoka, S. Matsuyama, K. Yamauchi, N. Ozaki, B. Albertazzi, Y. Inubushi, M. Yabashi, K. Tono, Y. Sato, H. Yumoto, H. Ohashi, S. Pikuz, A. N. Grum-Grzhimailo, M. Nishikino, T. Kawachi, T. Ishikawa, R. Kodama
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: 17713_1-10
  • DOI: 10.1038/srep17713
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental and ab initio investigations of microscopic properties of laser-shocked Ge-doped ablator (2015)
  • Author(s): G. Huser, V. Recoules, N. Ozaki, T. Sano, Y. Sakawa, G. Salin, B.Albertazzi, K. Miyanishi, and R. Kodama
  • Journal Title: Phys. Rev. E Volume: 92(6) Pages: 063108_1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.92.063108
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ハイパワーレーザーを用いた高エネルギー密度物質研究とその展望 (High Energy Density Matter Studies with High-Power Laser and Its Perspective) （受賞記念講演) (2016)
  • Author(s): Ozaki Norimasa, Sano Takayoshi, Sano Tomokazu, Kimura Tomoaki, Tange Yoshinori, Tsuchiya Taku, Okuchi Takuo, Shimizu Katsuya, Sakata Osami, Kodama Ryosuke
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第36回年次大会
  • Place of Presentation: 名城大学（名古屋）
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] XFEL を用いた石英の異常弾性挙動のその場 X 線回折観察 (2015)
  • Author(s): 佐藤友子, 関根利守, 丹下慶範, 尾崎典雅, 羽原英明, 高橋健次郎, Albertazzi Bruno, 籔内俊毅, 田中和夫, 小川剛史, 兒玉了祐, 奥地 拓生, 瀬戸雄介, 松山智至, 山内和人, 犬伏雄一, 富樫格, 矢橋牧名
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-12
• [Presentation] First Experimental Observation of phase transition in tantalum from bcc to orthorhombic Pnma structure (2015)
  • Author(s): Albertazzi B., Ozaki N., Takahashi K., Habara H., Tange Y., Matsuyama S., Sano T, Yamauchi K, Faenov A., Pikuz T., Kubota Y., Fujimoto Y., Matsumura Y., Nishikawa T., Noma S., Ochante R., Ogawa T., Yoshida Y., Sakata O., Umeda Y., Sekine T., Inubushi Y., Yabuuchi T., Togashi T., 他
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-12
• [Presentation] XFEL を用いた衝撃圧縮下の炭素凝集過程の超高速観察 (2015)
  • Author(s): 小川剛史, 尾崎典雅, 高橋謙次郎, 羽原英明, 松岡健之, 田中和夫, 池谷正太郎, Ochante. M. Ricardo A., 喜田美佳, 久保田善大, 佐藤友哉, 西川豊人, 野間澄人, 藤本陽平, 松村祐介, 吉田有佑, 松山智至, 佐野泰久, 山内和人, Albertazzi Bruno, Hartley Nicholas, Pikuz Tatiana, Faenov Anatory, 犬伏雄一, 丹下慶範, 富樫格, 他
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-12
• [Presentation] XFEL を用いたハイパワーレーザーショック下における鉄の 相転移観察 (2015)
  • Author(s): 松村祐介, 尾崎典雅, Albertazzi Bruno, Hartley Nicholas, 高橋謙次郎, 羽原英明, 松岡健之, 田中和夫, 池谷正太郎, 小川 剛史, Ochante Muray Ricardo Arturo, 喜田 美佳, 久保田善大, 佐藤友哉, 西川豊人, 野間澄人, 藤本 陽平, 吉田有佑, 松山智至, 佐野泰久, 山内和人, Pikuz Tatiana, Faenov Anatoly, 犬伏雄一, 他
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-11
• [Presentation] 合成氷惑星物質のレーザーショック高温高圧物性計測と電離 による導体化について (2015)
  • Author(s): 奥地 拓生, 尾崎 典雅, 喜田 美佳, 佐野 孝好, Albertazzi Bruno, 小川 剛史, 宮西 宏併, Purevjav Narangoo, 坂和 洋一, 兒玉 了祐
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 300 GPa 近傍でのケイ酸塩メルトと MgO の熱力学的検討 (2015)
  • Author(s): 関根 利守, 尾崎 典雅, 兒玉 了祐
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] ハイパワーレーザー及び XFEL を用いた超高圧研究 (2015)
  • Author(s): 尾崎典雅, Albertazzi Bruno, Benuzzi-Mounaix Alessandra, Denoeud Adrien, Gregori Gianluca, 羽原英明, Hartley Nicholas, 犬伏雄一, Koenig Michel, 近藤良彦, 松岡健之, 松 山智至, 奥地拓生, 佐藤友子, 佐藤友哉, 佐野 孝好, 坂田 修 身, 瀬戸雄介, 関根利守, 田中和夫, 高橋 謙次郎, 丹下慶範, 土屋卓久, 富樫格, 他
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 高インピーダンス物質の衝撃圧縮挙動の計測 (2015)
  • Author(s): 佐藤大地, 劉勲, 稲葉亮平, 川合伸明, 尾崎典雅, 真下茂
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] SACLA における高強度レーザーを用いた衝撃圧縮 XFEL その 場観察実験ステーション (2015)
  • Author(s): 丹下慶範, 尾崎典雅, 松岡健之, 小川剛 史, Albertazzi Bruno, 羽原英明, 高橋健次郎, 松山智至, 山内和人, 田中和夫, 兒玉了祐, 佐藤友子, 関根利守, 瀬 戸雄介, 奥地拓生, 籔内俊毅, 犬伏雄一, 矢橋牧名
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ(広島)
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 高強度パワーレーザーとXFELを利用した高圧物性科学 (2015)
  • Author(s): 尾崎典雅
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪)
  • Year and Date: 2015-09-18
• [Presentation] High-energy density experiments on planetary materials using high-power lasers and X-ray free electron laser (2015)
  • Author(s): Norimasa Ozaki
  • Organizer: 19th Biennial Conference of the APS Topical Group on Shock Compression of Condensed Matter (SCCM-2015)
  • Place of Presentation: Tampa, US
  • Year and Date: 2015-06-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Properties of H-C-N-O planetary fluids at interior conditions of icy giants (2015)
  • Author(s): T. Okuchi, N. Ozaki, M. Kita, T. Sano, A. Bruno, T. Ogawa, K. Miyanishi, Y. Sakawa and R. Kodama
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Incongruent Reactions in Warm Dense Silicate Melts (2015)
  • Author(s): T. Sekine, N. Ozaki, K. Miyanishi, B. Albertazzi, Y. Sakawa, T. Sano and R. Kodama
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] First XFEL probe of Tantalum at atomic scale during its spallation (2015)
  • Author(s): B. Albertazzi, N. Ozaki, V. Zhakhovsky, T. Matsuoka, A. Faenov, T. Pikuz, S. Iketani, M. Kita,T. Ogawa, Y. Sato, A. Krygier, M. Harmand, D. Ilnitsky, N. Inagamov and R. Kodama
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In situ characterization of the XFEL probe beam intensity distribution by a high spatial resolution hard X-ray LiF crystal detector (2015)
  • Author(s): T. Pikuz, A. Faenov, A. Mitrofanov, B. Albertazzi, N. Ozaki, T. Matsuoka, O. M. R. Arturo, T. Yabuuchi, H. Habara, K. A. Tanaka, S. Matsuyama, K. Yamauchi, Y. Inubushi, T. Togashi, H. Yumoto, Y. Tange, K. Tono, M. Yabashi, M. Nishikino, T. Kawachi, M. R. Lopez, D. Bleiner, T. Ishikawa, R. Kodama
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In situ XFEL measurement system for materials underlaser-induced ultrahigh-pressure conditions (2015)
  • Author(s): Y. Tange, N. Ozaki, T. Matsuoka, T. Sato, Y. Seto, T. Okuchi, T. Sekine, H. Habara, K. Tanaka, T. Ogawa, R. Kodama, T. Yabuuchi, Y. Inubushi, T. Togashi and M.Yabashi
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-ray diffraction observation of shock-compressed quartz (2015)
  • Author(s): T. Sato, T. Sekine, Y. Tange, N. Ozaki, T. Matsuoka, H. Habara, T. Yabuuchi, K. Tanaka, T. Ogawa, R. Kodama, T. Okuchi, Y. Seto, Y. Inubushi, T. Togashi and M. Yabashi
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Melting of iron near to Earth’s inner core conditions probed with XANES in laser shock experiments at LCLS (2015)
  • Author(s): M. Harmand and A. Ravasio, S. Mazevet, J. Bouchet, A. Denoeud, F. Dorchies, Y. Feng, C. Fourment, E. Galtier, J. Gaudin, F. Guyot, R. Kodama, M. Koenig, H. J. Lee, K. Miyanishi, G. Morard, R. Musella, B. Nagler, M. Nakatsutsumi, N. Ozaki, V. Recoules, S. Toleikis, T. Vinci, U. Zastrau, D. Zhu, A. B. Mounaix
  • Organizer: 7th International Workshop on Warm Dense Matter 2015 (WDM2015)
  • Place of Presentation: Kurashiki, Japan
  • Year and Date: 2015-06-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Behavior of Materials under Extreme High-pressure Conditions (2015)
  • Author(s): Norimasa Ozaki
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2015 (HEDS2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-04-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of XFEL Beam Quality by LiF Crystal Imaging Technique (2015)
  • Author(s): T. Pikuz, A. Faenov, T. Matsuoka, S. Matsuyama, K. Yamauchi, N. Ozaki, Y. Inubashi, M. Yabashi, Y. Sato, H. Yumoto, H. Ohashi, A. Grum-Grzhimailo, M. Nishikino, T. Kawachi, T. Ishikawa, R. Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2015 (HEDS2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-04-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Dynamic High-pressure Diagnostics in HEDS Experimental Platform at SACLA (2015)
  • Author(s): R. A. Ochante Muray, N. Ozaki, B. Albertazzi, S. Iketani, Y. Inubushi, M. Kita, M. Koenig, Y. Matsumura, T. Matsuoka, K. Miyanishi, T. Nishikawa, T. Ogawa,O. Sakata, Y. Sato, K. A. Tanaka, T. Togashi, and R. Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2015 (HEDS2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-04-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on the Phase transition dynamics of Quartz (2015)
  • Author(s): T. Nishikawa, N. Ozaki, T. Sato, T. Sekine, Y. Seto, Y. Tange, B. Albertazzi, H. Habara, Y. Inubushi, S. Iketani, M. Kita, Y. Kubota, T. Matsuoka, Y.Matsumura ,T. Ogawa, T. Okuchi, R. A. Ochante. Muray, N. Purevjav, O. Sakata, Y. Sato, K. A. Tanaka, T. Togashi, Y. Umeda, T. Yabuuchi, M. Yamashita, and et al.
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2015 (HEDS2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-04-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] XFEL Observation of Material Dynamics in Laser Ablation (2015)
  • Author(s): Y. Matsumura, N. Ozaki, T. Matsuoka, B. Albertazzi, H. Habara, S. Iketani, Y. Inubushi, M. Kita, Y. Kubota, T. Nishikawa, R. A. Ochante Muray, T. Ogawa, T. Okuchi, N. Purevjav, O. Sakata, T. Sato, Y. Sato, T. Sekine, Y. Seto, K. A. Tanaka, Y. Tange, T. Togashi, Y. Umeda, T. Yabuuchi, M. Yamashita, and et al.
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2015 (HEDS2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-04-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Explore the Terapascal Pressure Range of Tantalum along the Hugoniot (2015)
  • Author(s): B. Albertazzi, N. Ozaki, T. Sano, P. Colin-Lalu, A. Faenov, G. Huser, S. Iketani, N. Inagamov, K. Kimura, M. Kita, K. Matsuda, T. Ogawa, S. Ohmura, Y. Sato, V. Zhakhovskij, R. Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2015 (HEDS2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-04-24
  • Int'l Joint Research / Invited