2019 Fiscal Year Research-status Report
Direct observation of structures of super-dense carbon
Project/Area Number |
19K21866
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
尾崎 典雅 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70432515)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西山 宣正 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (10452682)
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Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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Keywords | ポストダイヤモンド / 炭素 / 超高圧 / 高強度レーザ / X線自由電子レーザー / 多結晶ダイヤモンド / 相転移 / 超高速変形 |
Outline of Annual Research Achievements |
実験はX線自由電子レーザーSACLAとハイパワーレーザーシステムを結合させた、代表者の研究グループが独自に構築してきた研究プラットフォームを利用して行った。ハイパワーレーザーをターゲットに照射することで、ダイヤモンド試料をレーザーショック圧縮し、基本ユゴニオ圧縮曲線上でのダイヤモンド構造の変形の様子を、フェムト秒極短パルス・10 keVのXFELを用いた超高速X線回折(XRD)により直接観察した。また、ダイヤモンド安定領域を明らかにする上で重要な実験データも既に取得することができた。
この実験プラットフォームでは、マルチ10 TW/cm2の照射エネルギー密度が既に可能になっており、数ナノ秒の矩形レーザーパルスを150-250ミクロン直径(半値幅)程度のスポットでターゲットに照射した。これにより日本独自の高密度ナノ多結晶ダイヤモンドのユゴニオ圧縮状態を生成した。生成した状態における圧力温度は独自に構築した速度干渉計などからなる独立の光学計測系(VISAR/SOP)によってモニターした。大面積X線検出器のシステムにより、2θ回折角10°-110°までの広角を一度にカバーしたフェムト秒露光シングルショットXRDパターンを取得した。我が国独自のナノ多結晶合成技術によって生成された高透光性ナノ多結晶ダイヤモンドを用いて、高品質のXRDパターンの取得に成功し、ダイヤモンドが弾性圧縮状態から塑性圧縮状態への転移過程における圧力経路などを明らかにすることができた。
加えて衝撃圧縮特性を明らかにするために、大阪大学レーザー科学研究所の大型レーザーを用いた実験を前倒しで実施し、光学計測のために必要不可欠な動的圧縮下の光学定数や、衝撃圧縮状態量の決定のためのユゴニオ圧縮曲線を初めて明らかにした。
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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
独自実験プラットフォーム、独自試料の利用によって非常に高品質の超高速X線回折パターンを取得することが可能になっている。ハイパワーレーザーの安定化や集光システムの高度化により、約700万気圧(700 GPa)もの超高圧極限環境の生成が実証された。
当初予定の超高速XRDパターンの取得は既に可能となり、ダイヤモンドが弾性圧縮状態から塑性圧縮状態への転移過程における圧力体積の経路や、700 GPaまでのダイヤモンド構造の安定性など、これまでとは全く異なる新しい知見を既に得ることができている。これらに加えて、ナノ多結晶ダイヤモンドの衝撃圧縮特性を精密に明らかにするために、大阪大学レーザー科学研究所の大型レーザーを圧縮ドライバーに用いた実験も既に実施している。必要不可欠な動的圧縮下の光学定数を初めて決定し、170 GPa以上で完全に可視光に対して失透することなどが明らかとなった。衝撃圧縮下の状態量を高精度に決定するためのユゴニオデータも既に取得されている。以上について既にいくつかの論文も投稿済みである。
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Strategy for Future Research Activity |
大阪大学レーザー科学研究所、およびX線自由電子レーザーSACLAを用いて、極限環境下のダイヤモンドに関する実験を継続する。レーザー科学研究所では、主に600-1200 GPaにおける衝撃溶融領域での高精度衝撃圧縮データを取得する。これにより衝撃溶融による体積変化を明らかにする。X線自由電子レーザーSACLAでの実験プラットフォームでは、集光光学系の最適化を行うことで圧力温度の増加を実現し、上記衝撃溶融圧力近傍での、溶融に起因するダイヤモンド構造の変化を明らかにする。またレーザーパルスの波形を最適化することにより超高圧低温領域の探索を開始し、衝撃圧縮状態よりも低温でのダイヤモンド安定領域を明らかにするとともに、ポストダイヤモンド領域の炭素の構造を明らかにすることを目指す。さらにはこれまで独自に開発してきた固体撮像素子を用いたX線ラディオグラフの手法を用いて、極限的動的圧縮に関わる圧縮過程、低エントロピー圧縮過程、圧力開放過程、破壊過程などに関して実空間イメージングによる理解深化にも挑戦する。
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Causes of Carryover |
コロナウィルス問題の影響で、予定していた実験および出張が中止となったため。夏以降の実験を集中して行うために資料の追加、および共同研究施設におけるリモートでの準備実験のための消耗品に使用予定である。
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Research Products
(53 results)
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[Journal Article] Experimental characterization of theinteraction zone between counter-propagating Taylor Sedov blast waves,2020
Author(s)
B. Albertazzi, P. Mabey, Th. Michel, G. Rigon, J.R. Marques, S. Pikuz, S. Ryazantsev, E. Falize, L. Van Box Som, J. Meinecke, N. Ozaki, A. Ciardi, G. Gregori, M. Koenig
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Journal Title
Physics of Plasmas
Volume: 27, 022111
Pages: 1-13
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Photoluminescenceproperties and characterization of LiF-based imaging detector irradiated by 10 keVXFEL beam2019
Author(s)
F. Bonfigli, N. J. Hartley, c, Y. Inubushi, M. Koenig, T. Matsuoka, S. Makarov, R.M. Montereali, E. Nichelatti, N. Ozaki, M. Piccinini, S. Pikuz, T. Pikuz, D. Sagae, M.A. Vincenti, M. Yabashi,T. Yabuuchi
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Journal Title
Proc. of SPIE
Volume: 110350N
Pages: 1-11
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Laboratory study of stationary accretion shock relevant to astrophysical systems,2019
Author(s)
P. Mabey, B. Albertazzi , E. Falize , T. Michel , G. Rigon , L. Van Box Som , A. Pelka , F.-E. Brack , F. Kroll , E. Filippov , G. Gregori , Y. Kuramitsu , D.Q. Lamb , C. Li , N. Ozaki , S. Pikuz, Y. Sakawa, P. Tzeferacos , M. Koenig
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Journal Title
Sci. Rep
Volume: 9, 8157
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] X線自由電子レーザーによるダイヤモンド超高速変形のその場観察2020
Author(s)
Kento Katagiri, Norimasa Ozaki, Leora Dresselhaus-Cooper, Jon H. Eggert, Yuichi Inubushi, Takeshi Matsuoka, Kohei Miyanishi, Norimasa Nishiyama, Keiichi Sueda, Toshimori Sekine, Yusuke Seto, Yoshinori Tange, Tetsuo Irifune, Tadashi Togashi, Yuhei Umeda, Makina Yabashi, Toshinori Yabuuchi, Ryosuke Kodama
Organizer
レーザー学会学術講演会第40回年次大会
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[Presentation] カルサイトCaCO3に関する高エネルギー衝突模擬実験2020
Author(s)
Norimasa Ozaki, Yuhei Umeda, Takeshi Matsuoka, Kento Katagiri, Ryosuke Kodama, Kohei Miyanishi, Yoshimori Sekine, Keita Fukui, Takayoshi Sano
Organizer
レーザー学会学術講演会第40回年次大会
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[Presentation] 極限環境下の炭素の振る舞いに関する研究2020
Author(s)
尾崎典雅, 片桐健登, 細見実, 松岡健之, 梅田悠平, 佐野孝好, 兒玉了祐, 西山宣正,瀬戸雄介, 入舩徹男, 丹下慶範, 犬伏雄一, 富樫格, 籔内俊毅, 宮西宏併, 末田敬一, 矢橋牧名, Leora Dresselhous-Cooper, Jon Eggert, 関根利守
Organizer
日本物理学会第75回年次大会
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[Presentation] Small angle X-Ray Scattering with Sub-Micron Rod-assembly Target at SACLA2019
Author(s)
Masato Ota, Melanie Rodel, Shunsuke Egashira, Tomohiro Izumi, Tatiana Pikuz, Alexander S Pirozhkov, Alejandro Garcia Laso, Alessio Morace, Takumi Minami, Yuji Fukuyama, Yuto Maeda, Bruno Albertazzi, Michel Koenig, Toshinori Yabuuchi, Ozaki Norimasa
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] Observation of Ultra-High Energy Density State with X-Ray Free Electron Laser SACLA2019
Author(s)
Yuto Maeda, Kohei Miyanishi, Youichiro Hironaka, Yuji Hukuyama, Neo Hujiwara, Hiroki Kato, Toshihiro Iwasaki, Youichi Sakawa, Tomohiro Izumi, Shunsuke Egashira, Naoki Higashi, Yasuhiko Sentoku, Ryosuke Kodama, Norimasa Ozaki, Takeshi Matsuoka,
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] In-Situ Observation of Crystal Structure Transitions of Austenitic Stainless Steel Under Shock Compression and Release Using X-Ray Free Electron Laser2019
Author(s)
Kohei Miyanishi, Takeshi KURITA, Youichiro HIRONAKA, Keisuke SHIGEMORI, Takeshi MATSUOKA, Norimasa OZAKI, Eisuke MIURA, Takeshi WATARI, Yoshio MIZUTA, Yuki KABEYA, Yoshinori KATO, Toshiki YABUUCHI, Yuichi INUBUSHI, Tadashi TOGASHI, Makina YABASHI, Norio KURITA, Ryunosuke KURODA, Ryosuke KODAMA
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Hugoniot Data of MgSi03 under the Planetary Impact Conditions2019
Author(s)
Yuhei Umeda, Norimasa Ozaki, Toshimori Sekine, Bruno Albertazzi, Alessandra Benuzzi-Mounaix, Riccardo Bolis, Marco Guaruaglini, Kento Katagiri, Ryosuke Kodama, Michel Koeing, Kohei Miyanishi, Shintaro Morioka, Toyohito Nishikawa, Shugo Ohi, Alessandra Ravasio, Yoichi Sakawa, Takayoshi Sano, Tomoko Sato
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] The Role of Hot Electrons on Ultrahigh Pressure Generation Relevant to Shock Ignition Conditions2019
Author(s)
Keisuke Shigemori, Yuji Fukuyama, Yoichiro Hironaka, Seungho Lee, Hideo Nagatomo, Hiroaki Nishimura, Shinsuke Fujioka, Kohei Miyanishi, Norimasa Ozaki, Ryosuke Kodama, Takeshi Matsuoka, Dimitri Batani, Jocelain Trela, Philippe Nicolai
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] Behaviors of Carbon System in Extreme Conditions2019
Author(s)
Norimasa Ozaki, Minoru Hosomi, Kento Katagiri, Takeshi Matsuoka, Kohei Miyanishi, Yuichi Inubushi, Takayoshi Sano, Yusuke Seto, Tadashi Togashi, Yuhei Umeda, Makina Yabashi, Toshinori Yabuuchi, Ryosuke Kodama
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Laser Shock Compression of Matters Under Strong Magnetic Field2019
Author(s)
Nobuki Kamimura, Norimasa Ozaki, Bruno Albertazzi, Yuhei Umeda, Kento Katagiri, Michel Koenig, Florian Kroll, Paul Mabey, Thibault Michel, Shintaro Morioka, Gabriel Rigon, Takayoshi Sano, Ryosuke Kodama
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] Generation of Residual Stress Field in Metal by an Interference Shockwave2019
Author(s)
Yoichiro Hironaka, Yuki Kabeya, Kohei Miyanishi, Eisuke Miura, Keisuke Sigemori, Takeshi Matsuoka, Norimasa Ozaki, Takashi Kurita, Takeshi Watari, Yoshio Mizuta, Ryunosuke Kuroda, Ryosuke Kodama
Organizer
IFSA 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] Laser-shock compression of nano-polycrystalline diamond2019
Author(s)
Kento Katagiri, Norimasa Ozaki, Norimasa Nishiyama, Leora Dresselhaus-Cooper, Yuichi Inubushi, Takeshi Matsuoka, Kohei Miyanishi, Shintaro Morioka, Yusuke Seto, Yoshinori Tange, Tetsuo Irifune, Tadashi Togashi, Yuhei Umeda, Makina Yabashi, Toshinori Yabuuchi, Ryosuke Kodama
Organizer
27th International Conference of the AIRAPT
Int'l Joint Research
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[Presentation] Application of LiF Crystal Detector for Highperformance Imaging and Radiography with XFEL Beam2019
Author(s)
T. Pikuz, A. Faenov, N. Ozaki, T. Matsuoka, K. Katagiri, D. Sagae, S. Makarov, M. Koenig, P. Mabey, B. Albertazzi, G. Rigon, T. Michel, A. Casner, N. Hartley, T. Yabuuchi, Y. Inubushi, M. Yabashi, A. Buzmakov, A. N. GrumGrzhimail
Organizer
PIERS 2019
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Dynamic compression of magnesium hydride in ultrahigh pressure regime using high intensity laser2019
Author(s)
S. Morioka, N. Ozaki, M. Hosomi, T. Okuchi, T. Sano, T. Matsuoka, K. Miyanishi, Y. Umeda, R. Hazama, K. Katagiri, T. Nishikawa, K. Mukai, K. Mukai, N. Kamimura, D. Sagae, R. Maki, K. Fukui, R. Kodama
Organizer
21st Biennial Conference of the APS Topical Group on Shock Compression of Condensed Matter
Int'l Joint Research
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[Presentation] A 100-J class laser processing system with variable parameters for the database/platform in the TACMI consortium2019
Author(s)
T. Sekine, T. Kurita, Y. Takeuchi, T, Watari, T. Morita, M. Kurata, Y. Hatano, Y. Kabeya, Y. Muramatsu, T. Iguchi, R. Yoshimura, K. Kawai, Y. Tamaoki, Y. Zheng, Y. Kato, N. Kurita, T. Kawashima, S. Tokita, J. Kawanaka, Y. Hironaka, K. Miyanishi, K. Shigemori, T.Matsuoka, N.Ozaki
Organizer
HEDS2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] ショックユゴニオとリリース計測による珪酸塩鉱物の液体金属状態に関する研究2019
Author(s)
尾崎典雅, 梅田悠平, 佐藤友子, ALBERTAZZI Bruno, BENUZZI-MOUNAIX Alessandra, BOLIS Riccardo, GUARGUAGINI Marco, 片桐健登, 兒玉了祐, KOENIG Michel, 宮西宏併, 森岡慎太郎, 西川豊人, 大井修吾, RAVASIO Alessandra, 坂和洋一, 佐野孝好, 関根利守
Organizer
第60回高圧討論会
Int'l Joint Research
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[Presentation] XFELを用いた衝撃誘起ナノ多結晶化プロセスの直接観察2019
Author(s)
尾崎典雅, 丹下慶範, 中島彰吾, ALBERTAZZI Bruno, FAENOV Anatoly, HARTLEY Nicholas, 犬伏雄一, 片桐健登, KOENIG Michel, 松岡健之, 松山智至, 宮西宏併, 奥地拓生, PIKUZ Tatiana, 坂田修身, 佐藤友子, 関根利守, 瀬戸雄介, 田中和夫, 冨樫格, 矢橋牧名, 籔内俊毅, 山内和人, 兒玉了祐
Organizer
第60回高圧討論会
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[Presentation] ナノ多結晶ダイヤモンドのレーザー衝撃圧縮2019
Author(s)
片桐健登, 尾崎典雅, DRESSELHAUS-COOPER Leora, EGGERT Jon, 犬伏雄一, 松岡健之, 宮西宏併, 森岡信太郎, 西山宣正, 関根利守, 瀬戸雄介, 丹下慶範, 入舩徹男, 富樫格, 梅田悠平, 矢橋牧名, 籔内俊毅, 兒玉了祐
Organizer
第60回高圧討論会
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[Presentation] γ-Si3N4のレーザー衝撃圧縮実験と安定固体相に関する検討2019
Author(s)
石田航大, 西山宣正, 神島悠司, 細見実, 梅田悠平, 片桐健登, 上村伸樹, 兒玉了祐, 佐野孝好, 福井敬也, 宮西宏併, 向井幹二, 森岡伸太郎, 尾崎典雅
Organizer
第60回高圧討論会
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[Presentation] XFELを用いた衝撃誘起ナノ多結晶化プロセスの直接観察と展開2019
Author(s)
中島彰吾, 丹下慶範, ALBERTAZZI Bruno, FAENOV Anatoly, HARTLEY Nicholas, 犬伏雄一, 片桐健登, 兒玉了祐, KOENIG Michel, 松岡健之, 松山智至, 宮西宏併, 奥地拓生, PIKUZ Tatiana, 坂田修身, 佐藤友子, 関根利守, 瀬戸雄介, 田中和夫, 冨樫格, 矢橋牧名, 籔内俊毅, 山内和人, 尾崎典雅
Organizer
第60回高圧討論会
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[Presentation] カンラン石及び同高圧相のレーザー衝撃圧縮時間分解その場X線回折2019
Author(s)
奥地拓生, PUREVJAV Narangoo, 尾崎典雅, 瀬戸雄介, 松岡健之, 梅田悠平, 片桐健登, 森岡信太朗, 富岡尚敬, 関根利守, 飯高敏晃, 薮内俊毅, 宮西宏併, 矢橋牧名, 兒玉了祐
Organizer
第60回高圧討論会
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[Presentation] 衝撃波誘起残留応力場の生成2019
Author(s)
弘中陽一郎, 壁谷悠希, 宮西宏併, 三浦永祐, 重森啓介, 松岡健之, 尾崎典雅, 栗田隆史, 渡利威士, 水田好雄, 黒田隆之助, 兒玉了祐
Organizer
第60回高圧討論会
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[Presentation] Hugoniot measurements for silicate: Understanding silicate magma under the planetary impacts2019
Author(s)
Yuhei Umeda, Norimasa Ozaki, Toshimori Sekine, Bruno Albertazzi, Alessandra Benuzzi-Mounaix, Riccardo Bolis, Marco Guaruaglini, Kento Katagiri, Kodama Ryosuke, Michel Koeing, Kohei Miyanishi, Shintaro Morioka, Toyohito Nishikawa, Syugo Ohi, Alessandra Ravasio, Yoichi Sakawa, Takayoshi Sano, Tomoko Sato
Organizer
日本地球惑星科学連合2019年大会
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[Presentation] Study on transport properties of liquid iron and iron alloy under high temperature and high pressure using the laser shock technique2019
Author(s)
Kohei Miyanishi, Norimasa Ozaki, Satoshi Ohmura, Marion Harmand, Andy Krygier, Toyohito Nishikawa, Yuhei Umeda, Shigemori Keisuke, Youichi Sakawa, Takayoshi Sano, Ryosuke Kodama
Organizer
日本地球惑星科学連合2019年大会
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[Presentation] Shock-compressed behavior of quartz by XFEL2019
Author(s)
Tomoko Sato, Yoshinori Tange, Yusuke Seto, Toshimori Sekine, Norimasa Ozaki, Toyohito Nishikawa, Kohei Miyanishi, Kensuke Matsuoka, Ryosuke Kodama, Tadashi Togashi, Yuichi Inubushi, Toshinori Yabuuchi, Makina Yabashi
Organizer
日本地球惑星科学連合2019年大会
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