2017 Fiscal Year Annual Research Report
Femtosecond gas electron diffraction by THz-wave-assisted electron diffraction
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17H03004
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
歸家 令果 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (10401168)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 反応動力学 / 分子構造 / 電子回折法 / 強光子場科学 / 電子散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）従来のレーザーアシステッド電子散乱理論をシングルサイクルパルスに適用できるように拡張し、気体電子回折法における分子構造決定法と組み合わせることによって、散乱電子のエネルギー分解散乱角度分布から電子回折パターンを抽出し、そこから分子の幾何学的構造を決定する方法論を確立した。
（２）数値シミュレーションを用いて、成果（１）の方法論の有用性を検証した。時間とともに標的分子の古典的核配置が変化する二原子分子モデルを用いて、THz波照射下での散乱電子信号分布を計算した。成果（１）の方法論を用いて、得られた散乱電子信号分布を解析した結果、時間依存電子回折パターンを抽出することができた。抽出された電子回折パターンから核間距離の時間発展を復元した結果、核間距離の誤差は 0.001Å以下であり、非常に高い確度で核間距離を決定できることが判明した。また、10 fsを切る時間分解能が達成できることも確認された。
（３）パルス面傾斜励起法を用いて、位相整合条件を満たすように波面を傾斜させた1030 nmのピコ秒レーザーパルスをLiNbO3非線形結晶に照射し光整流効果によって、1.7 mW, 100 kHzのTHz波パルスを発生した。このTHz波パルスの時間幅は1.5 ps程度と見積もられるため、直径1 mmに集光できたとすると電場強度の最大値は23 kV/cmと見積もられる。この電場強度はTAED法を実現するには十分であると考えられる。
（４）中空ファイバーとチャープミラーを用いたパルス圧縮装置を製作した。中空ファイバーに導入するアルゴンガスの圧力条件や入射近赤外レーザーパルスの集光条件や強度を最適化することによって、最短パルスの生成条件を探索した。二次元スペクトルシェアリング干渉法を用いて、生成パルスの電場時間波形を計測した結果、時間幅 9.1 fsの超短パルスを発生できていることが判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２９年度に計画した研究内容は全て実施することができた。さらに、レーザーアシステッド電子散乱観測装置の改良を目指した装置設計や、近赤外sub-10 fsパルスによるレーザーアシステッド電子散乱過程観測のための予備実験に着手しており、当初の研究計画以上の進捗を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今のところ、当初の研究計画以上の進捗が得られており、今後も引き続き研究計画を遂行する。
まず、EOサンプリング法によるTHz波電場波形計測を行うとともに、得られたTHz波パルスをレーザーアシステッド電子散乱計測装置へ導入するための光学系を構築する。さらに、Arなどの希ガス原子を試料として、THz波アシステッド電子散乱過程の初観測を目指す。実測の散乱電子信号分布をシミュレーション結果と比較検討することによって、平成２９年度に構築した理論の有用性を示す。次に、分子試料を用いて、THz波アシステッド電子散乱信号に分子の幾何学的構造に起因する電子回折パターンが現れることを実証する。時間幅40 fs程度の紫外光パルスをポンプ光として、時間分解TAED法を実現し、分子構造の時間発展をTAED法によって追跡できることを示す。さらに、数サイクルパルスの近赤外ポンプ光パルスを用いて、時間分解能<10 fsのTAED法を実現する。
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