Understanding femtosecond X-ray damage processes via X-ray pump-X-ray probe scheme

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K14137
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Inoue Ichiro 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (30783401)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: X線自由電子レーザー / フェムト秒 / 放射損傷 / ポンププローブ法

Outline of Final Research Achievements

To understand femtosecond damage processes induced by intense X-ray free-electron laser (XFEL) pulses, we performed a real-time observation of intense X-ray-induced electronic and structural changes in diamond through X-ray pump-X-ray probe diffraction technique using twin XFEL pulses with variable time separations. We find that chemical bonds of diamond are broken ~10 fs after XFEL irradiation, following inertial atomic motion caused by the interatomic potential changes.

Free Research Field

X線光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高強度のX線自由電子レーザー用いた実験では、パルス幅と同程度のフェムト秒時間スケールで起こるX線ダメージが無視できないという問題点がある。本研究によって明らかになった、電子励起による化学結合の切断や原子変位といったフェムト秒の時間スケールで起こるXFELの物質へのダメージ過程は、X線１分子構造解析などをはじめとした高強度XFELの利用実験を支える基礎となることが期待される。