2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on high-pressure states of hydride using high power laser
Project/Area Number |
20H00139
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
尾崎 典雅 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70432515)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榮永 茉利 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (70709899)
梅田 悠平 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (90815705)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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Keywords | 水素化物 / 衝撃圧縮 / 高強度レーザー / 超高圧 / 高温超伝導 |
Outline of Annual Research Achievements |
ハイパワーレーザーショック圧縮実験によって、第一原理分子動力学計算でのみ可視化されてきたような超高圧下の水素化物の姿と振る舞いを明らかにすることを目標に研究を進めた。既に高圧下で超高温超伝導が実証されている硫化水素のみならず、超高圧下で構造変化が期待される水素リッチな系について継続して研究を進めた。そのために、出発状態が固体だけでなく液体の試料も探索可能とする水素化物研究プラットフォームおよび実験手続きの基盤を確立した。出発物質を固体の水素化マグネシウム、液体の硫化水素として独自ターゲットを構成し、実験に供することができた。
独自の速度干渉計/放射輝度温度計のシステムを用いた可視光観測により、レーザーショック圧縮下の体積変化、温度変化などを調べ、圧縮特性、熱力学特性を初めて明らかにすることができた。光反射率の変化も観測し、光学特性を明らかにするための基礎データを得た。特に液体硫化水素の系において、レーザー低エントロピー圧縮の観測に成功し、超高圧低温のパラメータ領域にデータを拡張することができた。このハイブリッド圧縮セルにおける硫化水素の封入、クォーツ標準試料のセル内での固定、1万気圧までの予備圧縮手続きおよび関連技術をほぼ整備確立した。
水素化マグネシウムでは、100万気圧領域までの圧縮特性および熱力学的特性を明らかにすることができた。将来のXFEL実験に向けて、基本衝撃圧縮曲線(ユゴニオ)上の状態を実現するためのレーザー照射条件を決定することができた。
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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
出発状態が固体だけでなく液体の試料も探索可能とする水素化物研究プラットフォームおよび実験手続きの基盤をほぼ確立することに成功した。出発物質を固体の水素化マグネシウム、液体の硫化水素として独自ターゲットを構成し、予備実験だけでなく高精度の圧縮データを得ることに成功した。
レーザーショック圧縮下の体積変化、温度変化などを調べ、圧縮特性、熱力学特性を明らかにすることができた。電気および熱の輸送特性を解明する手がかりを得るために、金属化した試料からの光反射率の観測にも成功した。実験データは十分に高い精度で取得された。融解や金属化に関わる相境界を明らかにする上で、単一ショックユゴニオだけでなく、反射ショック状態を実現できたことは大きな進歩である。
ハイブリッド圧縮セルに関わる基礎技術と実験手続きをほぼ確立した。予備加圧下での高精度の予備圧縮圧力、密度、屈折率計測のための準備も既に進めることができた。
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Strategy for Future Research Activity |
ハイパワーレーザーショック圧縮実験によって、第一原理分子動力学計算でのみ可視化されてきたような超高圧下の水素化物の姿と振る舞いを明らかにする。既に超高温超伝導が実証されている水素化物(硫化水素など)だけでなく、超高圧下で構造変化が期待される水素リッチな固体材料について研究を進める。それぞれにおいて、100万気圧領域までの衝撃超高圧データを蓄積する。これまで独自に確立してきた速度干渉計/放射輝度温度計に加えて、分光スペクトル計測を組み合わせることで圧力温度体積に対する放射率を明らかにする。サファイアをダイナミックアンビルに用いた反射衝撃圧縮曲線を決定し、低エントロピー圧縮条件での振る舞いも詳細に調べる。
極限環境下での水素化物における化学反応を可視化するため、X線自由電子レーザーを用いた超高速X線回折実験に関する検討に着手する。ター ゲットアセンブリと実験配置を決定し、100万気圧までの条件を実現するためのレーザー照射条件を明らかにする。高繰り返しレーザーのプラットフォームにおいて水素化物を用いた合成回収実験を検討する。固体状態の水素リッチな化合物を水素源材料として用い、コンタクトさせた金属材料表面におけるショック反応プロセスの可能性を探索する。
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Research Products
(42 results)
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[Journal Article] Phase transition and melting in zircon by nanosecond shock loading2022
Author(s)
Takagi Sota, Ichiyanagi Kouhei, Kyono Atsushi, Kawai Nobuaki, Nozawa Shunsuke, Ozaki Norimasa, Seto Yusuke, Okuchi Takuo, Nitta Souma, Okada Satoru, Miyanishi Kohei, Sueda Keiichi, Togashi Tadashi, Yabuuchi Toshinori
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Journal Title
Physics and Chemistry of Minerals
Volume: 49
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Direct observations of pure electron outflow in magnetic reconnection2022
Author(s)
Sakai K., Moritaka T., Morita T., Tomita K., Minami T., Nishimoto T., Egashira S., Ota M., Sakawa Y., Ozaki N., Kodama R., Kojima T., Takezaki T., Yamazaki R., Tanaka S. J., Aihara K.、Koenig M.、Albertazzi B.、Mabey P.、Woolsey N.、Matsukiyo S.、Takabe H.、Hoshino M.、Kuramitsu Y.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] High-power laser experiment on developing supercritical shock propagating in homogeneously magnetized plasma of ambient gas origin2022
Author(s)
S. Matsukiyo,R.Yamazaki ,T. Morita ,K.Tomita,Y.Kuramitsu ,T.Sano ,S.J.Tanaka,T.Takezaki, S. Isayama,T. Higuchi,H. Murakami, R. Hatsuyama,M. Edamoto,M. Takagi, T. Kojima, S.Tomita,N.Ishizaka,S.Kakuchi,S. Sei,K.Sugiyama, K. Aihara,S. Kambayashi,M. Ota, S. Egashira,Y. Nakagawa,K. Sakai,M.Iwamoto ,N. Ozaki Y. Sakawa
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Journal Title
Physical Review E
Volume: 106
Pages: 1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Diamond formation kinetics in shock-compressed C─H─O samples recorded by small-angle x-ray scattering and x-ray diffraction2022
Author(s)
Z. HE,T. E. COWAN,A.DESCAMPS, M. FRENCH ,E. GALTIER,A. E. GLEASON ,G. D. GLENN ,N.OZAKI,S. PANDOLFI ,C.QU, D. RANJAN,R. REDMER ,C. SCHOENWAELDER, A. K. SCHUSTER,,M. G. STEVENSON,K. SUEDA ,T.TOGASHI ,T. VINCI ,K. VOIGT,J. VORBERGER,M. YABASHI,T. YABUUCHI ,L. M. V. ZINTA ,A. RAVASIO AND D. KRAUS 他
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Journal Title
Science Advances
Volume: 8
Pages: 1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] High-power laser experiment forming a supercritical collisionless shock in a magnetized uniform plasma at rest2022
Author(s)
Yamazaki R., Matsukiyo S., Morita T., Tanaka S. J., Umeda T., Aihara K., Edamoto M., Egashira S., Hatsuyama R., Higuchi T., Hihara T., Horie Y., Hoshino M., Ishii A., Ishizaka N., Itadani Y., Izumi T., Kambayashi S., Kakuchi S., Katsuki N., Kawamura R., Kawamura Y., Kisaka S., Kojima T., Konuma A., Kumar R., et al.
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Journal Title
Physical Review E
Volume: 105
Pages: 025203
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Photoluminescent radiation-induced color centers in lithium fluoride for detection of pulsed 10 keV XFEL beam2021
Author(s)
F. Bonfigli, N. J. Hartley, Y. Inubushi, K. Katagiri,M. Koenig, T. Matsuoka, S. Makarov, R. M. Montereali, E. Nichelatti, N. Ozaki, M. Piccinini, S. Pikuz,T. Pikuz, D. Sagae, M. A. Vincentiand T. Yabuuchi
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Journal Title
Nuovo Cimento della Societa Italiana di Fisica C
Volume: 44
Pages: 1-4
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Liquid Structure of Tantalum under Internal Negative Pressure2021
Author(s)
Katagiri K.、Ozaki N.、Ohmura S.、Albertazzi B.、Hironaka Y.、Inubushi Y.、Ishida K.、Koenig M.、Miyanishi K.、Nakamura H.、Nishikino M.、Okuchi T.、Sato T.、Seto Y.、Shigemori K.、Sueda K.、Tange Y.、Togashi T.、Umeda Y.、Yabashi M.、Yabuuchi T.、Kodama R.
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 126
Pages: 1~6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Micron-scale phenomena observed in a turbulent laser-produced plasma2021
Author(s)
Rigon G.、Albertazzi B.、Pikuz T.、Mabey P.、Bouffetier V.、Ozaki N.、Vinci T.、Barbato F.、Falize E.、Inubushi Y.、Kamimura N.、Katagiri K.、Makarov S.、Manuel M. J.-E.、Miyanishi K.、Pikuz S.、Poujade O.、Sueda K.、Togashi T.、Umeda Y.、Yabashi M.、Yabuuchi T.、Gregori G.、Kodama R.、Casner A.、Koenig M.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 2679-1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ultrafast olivine-ringwoodite transformation during shock compression2021
Author(s)
Okuchi Takuo、Seto Yusuke、Tomioka Naotaka、Matsuoka Takeshi、Albertazzi Bruno、Hartley Nicholas J.、Inubushi Yuichi、Katagiri Kento、Kodama Ryosuke、Pikuz Tatiana A.、Purevjav N.、Miyanishi K.、Sato T.、Sekine T.、Sueda K.、Tanaka K. A.、Tange Y.、Togashi T.、Umeda Y.、Yabuuchi T.、Yabashi M.、Ozaki N.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 4305
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] In situ X-ray Diffraction of Shock-Compressed Nanopolycrystalline Diamond2022
Author(s)
K. Katagiri, N. Ozaki, L. E. Dresselhaus-Marais, J. H. Eggert, Y. Inubushi, T. Irifune, M. Koenig, T. Matsuoka, K. Miyanishi, H. Nakamura, N. Nishiyama, T. Sekine, Y. Seto, K. Sueda, Y. Tange, T. Togashi, Y. Umeda, M. Yabashi, T. Yabuuchi, R. Kodama
Organizer
APS Physics March Meeting 2022
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] レーザー衝撃圧縮による液体金属シリコンに関する研究2021
Author(s)
尾崎 典雅 ,佐藤 友子 , 瀬戸 雄介 , 新田 蒼真 , 片桐健登 ,中村 浩隆 ,佐野 孝好 ,兒玉 了祐 ,奥地 拓生 ,宮西 宏併 , 末田 敬一 , 冨樫 格 , 犬伏 雄一 , 籔内 俊毅 , 矢橋 牧名 , 大村 訓
Organizer
第62回高圧討論会
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[Presentation] X 線自由電子レーザーによるナノ多結晶ダイヤモンド超高速変形の その場観察2021
Author(s)
片桐 健登 , 尾崎 典雅 , DRESSELHAUS-MARAIS Leora , EGGERT Jon H. , 犬伏 雄一 , 松岡 健之 , 宮西 宏併 , 西山 宣正 , 末 田 敬一 , 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62回高圧討論会
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[Presentation] レーザーショックと DAC を組み合わせた硫化水素の高温高圧実験2021
Author(s)
新田 蒼真, 榮永 茉利 ,清水 克哉 ,佐々木 岬 ,松本 聖司 ,染川 智弘 ,佐野 孝好 , 兒玉 了祐 , 片桐 健登 , 岩本 良太 , 尾崎 典雅
Organizer
第62回高圧討論会
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[Presentation] SACLA を用いたメゾスケールロッド集合体ターゲットの小角散乱2021
Author(s)
太 田 , KOENIG Michel , 藪内 俊樹 , 冨樫 格 , 犬伏 雄一 , 末田 敬 一 , 尾崎 典雅 , 中村 浩隆 , 松井 隆太郎 , 蔵満 康浩 , 羽原 英明 , COWAN Thomas,中堤 基彰,深見 一弘,KLUGE Thomas,福田 祐仁, 岸本 泰明 , 坂和 洋一
Organizer
第62回高圧討論会
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[Presentation] Advanced x-ray imaging diagnostics for pump-probe experiment2021
Author(s)
PIKUZ T,RIGON G, ALBERTAZZI B, MABEY P, THIBAULT M, VINCI T, BENKADOUM Y , MANUEL M, KATAGIRI K, FALIZE E, INUBUSHI Y, MIYANISHI K, YABUUCHI T, TOGASHI T, SUEDA K, UMEDA Y, BOUFFETIER V, CASNER A, POUJADE O, MAKAROV S, PIKUZ S, PIROZHKOV A, ISHINO M, GREGORI G, OTA M, SAKAWA Y, YABASHI M, KODAMA R, KOENIG M, OZAKI N.
Organizer
第62回高圧討論会
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[Presentation] Phase transition and melting in zircon by nanosecond shock loading2021
Author(s)
髙木 壮大 ,一柳 光平 ,興野 純 ,川合 伸明 ,野澤 俊介 ,尾崎 典雅 , 瀬戸 雄介 , 奥地 拓生 , 新田 蒼真 , 岡田 慧 , 宮西 宏併 , 末田 敬一 , 富樫 格 , 籔内 俊毅
Organizer
第62回高圧討論会
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[Presentation] ベッセルビーム微小爆発による透明結晶内部での高圧物質凍結に 関する研究2021
Author(s)
中村 浩隆 , 小倉 広之 , 上 林 大介 , 上村 拳生 , 村山 大輔 , RAPP Ludovic , GAMALY Eugene , RODE Andrei , 松岡 健之 , 寒河江 大輔 , 瀬戸 雄介 , 菖蒲 敬久 , 染 川 智弘 , 富永 亜希 , PIKUZ Tatiana , 兒玉 了祐 , 尾崎 典雅
Organizer
第62回高圧討論会
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