2019 Fiscal Year Research-status Report
2色発振X線自由電子レーザーを利用した非線形X線分光法の開発
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19K20604
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
井上 伊知郎 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, 研究員 (30783401)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | X線自由電子レーザー / 非線形光学現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、X線自由電子レーザー（X-ray free-electron laser; XFEL）施設SACLAを用いて発振させた２色ダブルパルスXFELビームを用いて、様々な非線形光学現象を測定することを目指している。本年度は、３次の非線形光学効果であるコヒーレントアンチストークスラマン散乱現象をX線領域において観測するために(X-ray CARS; XCARS)、低バックグラウンド分光器の開発と単色・準単色の２色ダブルパルスXFELの発振技術の開発を行った。
低バックグラウンド分光器としてシリコン(220)非対称５回反射チャンネルカット結晶を作成し、SACLAにおいて評価を行った。その結果、XCARS信号の検出効率はおよそ50%程度に保ったまま、バックグラウンドとなるXFEL由来の迷光や分光結晶における鏡面反射を、試料に入射したXFELの0.000001%程度に抑えることが出来ていることが明らかになった。
また、課題代表者らがSACLAにおいて開発したセルフシード技術とマルチカラー発振技術を組み合わせることで単色・準単色の２色XFELビームを作り出す新しいレーザー発振技術を開発した。この新しい２色XFELビームとXCARS計測を組み合わせることで軽元素の内殻分光が入射X線の波長を掃引することなく行えることが期待できる。
これらの本年度に開発および検証した装置や技術は、来年度からのX線非線形光学現象の測定のための基盤となるものである。すなわち、来年度からのX線非線形光学現象の測定に向けて順調に準備をすすめることが出来たと言える。
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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
当初の年度目標であった、XCARS用の低バックグラウンド分光器の作製を行うことができた。さらには、その分光器がXCARS信号を高い効率で検出できると同時に不要なバックグラウンド信号を大きく低減出来うることが実験によって確認できた。加えて、内殻分光に必要な２色XFELビームの発振技術の確立も本年度に行うことができた。来年度以降ののX線非線形光学現象の測定に向けて順調に準備をすすめることが出来たと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、開発したスペクトロメータと２色XFELビームを用いてXCARS信号の計測に挑む。試料は、炭素を含んだ高分子薄膜試料（ポリメチルメタクリレート・ポリブタジエン・ポリイソプレン）を用いる。しかし、COVID-19の影響のためにSACLAでの実験が行えるかどうか不透明な状況にある。実験を行うことが不可能な場合には、分光器の高性能化や新しいXFEL発振技術のスキームについての研究を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
スペクトロメータ用のパルスモーターステージの購入を次年度に行うことに変更したため、当初予定していた物品費を本年度は使用しないことになり、次年度使用額が生じた。
次年度使用額を使って次年度にパルスモーターステージの購入をする予定である。
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