2021 Fiscal Year Annual Research 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 / ポンププローブ法 |
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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。
研究最終年度では、時間差をつけたダブルパルスXFELを用いたX線ポンプX線プローブ法によって、アルミナ(Al2O3)に高強度X線を照射した際に起こる原子移動を測定することを試みた。光子エネルギー11.99 keVの短波長XFELをプローブ光として利用し、測定した回折強度プロファイルからRietveld解析によって原子位置の時間変化を評価した。その結果、X線照射後20フェムト秒程度は原子の位置はもとの位置から僅か0.01 オングストローム程度以下に留まっていることが明らかになった。現在、SPring-8を始めとした放射光施設では、物質の構造を0.01オングストローム程度の分解能で可視化する、精密X線構造解析が盛んに行われている。しかし、試料によってはX線による損傷のために、その構造を決定することが不可能だという問題がある。本研究の結果は、X線の時間幅を20 fs以下にすることで損傷を気にせずに精密X線構造解析ができることを示唆している。すなわち、XFELを用いればX線構造解析の適用範囲を拡大できることが明らかになったと言える。
また、本研究課題で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た単色・準単色の2色XFELビームを、X線領域のAmplified Spontaneous Emission(ASE)分光へ応用した。Mn系化合物の試料について、この分光法を用いることで詳細なエネルギー準位を調べうことができることが確認できた。
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