2023 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 |
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ため、ハイパワーレーザーショック圧縮実験を行った。超高圧下で構造変化や反応が期待される水素リッチなアンモニアボランについて研究を進めた。150万気圧領域までの高精度なレーザーショック圧縮データを得ることができた。またシングルショック圧縮状態だけでなく、フッ化リチウムをダイナミックアンビルに用いて低エントロピーショック圧縮状態での実験データも初めて得ることができた。不連続な圧力ジャンプの前後において、光学反射率が有意に変化することを明らかにし、金属化した水素とその他の成分(ホウ素と窒素)との不混和-混和トランジションに起因するものとして検討を行った。50 GPa付近にこのトランジションが存在する可能性を示した。
また、対応する高圧環境下での化学反応および構造変化を明らかにするため、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実験を実施した。80 GPaまでのシングルショック圧縮状態において、初期試料に無かった新たなピークが現れることがわかった。ダイナミックアンビルによる低エントロピーショック圧縮状態でのX線回折パターンを、通常の広角度領域だけでなく小角でも収集し、第一原理計算の結果と比較検討を可能にした。
テーブルトップレーザーのプラットフォームにおいて、水素化物を水素供給源として用いた新奇水素化物合成実験を本格化させた。真空下での高強度照射実験系の基盤を構築し、また高解像度のポストショット観察系の導入を実施した。
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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
アンモニアボランに対して150万気圧までの高精度なレーザーショック圧縮データを得ることができた。シングルショック圧縮状態だけでなく、フッ化リチウムをダイナミックアンビルに用いて低エントロピーショック圧縮状態での実験データが初めて得られた。不連続な圧力ジャンプの前後において、光学反射率が有意に変化したことから、金属化した水素とその他の成分(ホウ素と窒素)との不混和-混和トランジションについて検討することができた。
このトランジションが関連しうる衝撃圧縮パラメータ領域で中距離構造に関する情報を得るため、シングルショックおよび低エントロピーショックの両状態に対して、X線自由電子レーザーXFELを用いた超高速X線回折観察を初めて実施した。実験結果を説明するために、広いパラメータ領域で第一原理計算も実施し、2体分布関数などの情報を得ることができた。
水素化物を利用したレーザーショックプロセを材料合成に応用するための実験環境の立ち上げを開始することができた。
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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や振る舞いを明らかにする。これまで継続してきたアンモニアボランに関する実験を継続し、特に低エントロピーショック圧縮状態におけるデータの収集を進める。異なる温度領域での光反射率データの取得を検討する。
X線自由電子レーザーXFELを用いた超高速X線回折観察も継続するとともに、第一原理計算結果との比較検討を進め、金属水素の振る舞いを明らかにするとともに、混合系における不混和-混和トランジションに関する理解を深める。BHやLiHなど融合分野への研究展開に繋げる知見を得る。
真空下での材料合成実験を進展させる。高繰り返しのテーブルトップレーザー実験プラットフォームにおいて、数10 GPa領域までのレーザーショックプロセスによって、その場計測実験で確認されている金属水素化物の合成を検討する。可視光およびX線を用いた生成物の詳細な分析を行う。
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[Journal Article] Evidence for dissociation in shock-compressed methane2024
Author(s)
Tabak G.、Rygg J. R.D. E.、Ali S.、Erskine D.、Boehly T. R.、Suer T.-A.、Dasenbrock-Gammon N.、Dias R.、Zhang S.、Hu S. X.、Hansen L. E.、Henderson B. J.、Zaghoo M.、Ogawa T.、Murayama D.、Miyanishi K.、Ozaki N.、Sano T.、Jeanloz R.、Hicks D. G.、Eggert J. H.、Collins G. W.
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 109
Pages: 0641021~9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Indirect evidence for elemental hydrogen in laser-compressed hydrocarbons2023
Author(s)
D. Kraus , J. Vorberger, N. J. Hartley ,D. Chekrygina, T. van Driel,R. W. Falcone, L. B. Fletcher, S. Frydrych, E. Galtier, D. O. Gericke, S. H. Glenzer, E. Granados, Y. Inubushi, N. Kamimura, K. Katagiri, M. J. MacDonald,A. J. MacKinnon, T. Matsuoka, K. Miyanishi, I. Nam, P. Neumayer, N. Ozaki, A. Pak,
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 5
Pages: L0220231~6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Damage threshold of LiF crystal irradiated by femtosecond hard XFEL pulse sequence2023
Author(s)
S. Makarov, S.Grigoryev, N.Inogamov, E. Filippov, T. Pikuz, N.Ozaki, M.Ishino, M. Nishikino, Thanh-Hung Dinh, T. Kawachi, M. Zanaveskin, M. Makita, M. Nakatsutsumi, T. R. Preston, K. Appel, Z.Konopkova, V. Cerantola, E. Brambrink, Jan-Patrick Schwinkendorf, I. Mohacsi, V. Vozda, V. Hajkova, T.Burian,
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Journal Title
Optics Express
Volume: 31
Pages: 26383~26383
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] X-ray free electron laser observation of ultrafast lattice behaviour under femtosecond laser-driven shock compression in iron2023
Author(s)
T.Sano, T. Matsuda, T. Sato, K.Miyanishi, M. Yabashi, T. Togashi, K. Tono, O. Sakata, Y.Tange, K. Arakawa, Y.Ito, T.Okuchi, T. Sato, T.Sekine, T.Mashimo, N. Nakanii, Y. Seto, M.Shigeta, T.Shobu, Y.Sano, T. Hosokai, T.Matsuoka, T.Yabuuchi, K. A. Tanaka, N.Ozaki , R,Kodama
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 13
Pages: 13789~13796
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Direct imaging of shock wave splitting in diamond at Mbar pressure2023
Author(s)
S.Makarov, S.Dyachkov, T.Pikuz, K. Katagiri ,H. Nakamura,V.Zhakhovsky,N.Inogamov,V.Khokhlov,A.Martynenko,B.Albertazzi,G.Rigon,P.Mabey,N.J.Hartley,Y.Inubushi,K.Miyanishi,K.Sueda,T.Togashi,M.Yabashi,T.Yabuuchi,T.Okuchi,R.Kodama,S.Pikuz,M.Koenig,N. Ozaki
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Journal Title
Matter and Radiation at Extremes
Volume: 8
Pages: 066601~066601
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Transonic dislocation propagation in diamond2023
Author(s)
K.Katagiri, T.Pikuz, L.Fang, B.Albertazzi, S.Egashira, Y.Inubushi,G.Kamimura,R.Kodama, M.Koenig, B.Kozioziemski, G.Masaoka, K.Miyanishi, H.Nakamura, M.Ota, G.Rigon, Y.Sakawa, T.Sano, F.Schoofs, Z. J. Smith, K.Sueda, T.Togashi, T.Vinci, Y.Wang, M.Yabashi, T.Yabuuchi, L. E. Dresselhaus-Marais, and N. Ozaki
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Journal Title
Science
Volume: 382
Pages: 69~72
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Simultaneous bright- and dark-field X-ray microscopy at X-ray free electron lasers2023
Author(s)
Leora E. Dresselhaus‐Marais, Bernard Kozioziemski, Eric Folsom, Tais Gorkhover, Serge Guillet, Kristoffer Haldrup, Marylesa Howard, Kento Katagiri, Seonghan Kim, Sunam Kim, Sungwon Kim, Hyunjung Kim, Erik Bergback Knudsen Stephan Kuschel, Hae Ja Lee, Chuanlong Lin,Martin Meedom Nielsen, Norimasa Ozaki,
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 13
Pages: 17573~19
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 結晶中を超音速伝搬する転位のXFELラジオグラフ観察2024
Author(s)
尾崎典雅,片桐健登,Tatiana Pikuz,Lichao Fang,Bruno Albertazzi,江頭俊輔,犬伏雄一,上村拳生,兒玉了祐,Michel Koenig,Bernard Kozioziemski,政岡豪流,宮西宏併,中村浩隆,太田雅人,Gabriel Rigon,坂和洋一,佐野孝好,Frank Schoofs,Zoe J. Smith,末田敬一,冨樫格,Tommaso Vinci,Yifan Wang,矢橋牧名,籔内俊毅,Leora E. Dresselhaus-Marais
Organizer
高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2023 (JCHIS 2023)
Invited
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[Presentation] レーザー衝撃圧縮下の炭酸塩鉱物その場構造観察:高速天体衝突再現実験2024
Author(s)
梅田 悠平,、奥地 拓生、、関根 利守,、犬伏 雄一,、片桐 健登,、兒玉 了祐,、宮西 宏併、佐藤 友子,、瀬戸 雄介,、末田 敬一、富樫 格,、富岡 尚敬、籔内 俊毅,、矢橋 牧名,、尾崎 典雅
Organizer
レーザー学会学術講演会第44回年次大会
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[Presentation] Experimental studies of fast-ignition scheme toward high-gain with high efficiency2023
Author(s)
Ryunosuke Takizawa, Alessio morace, Yuki Abe, Baojun Zhu, Yasunobu Arikawa, Hiroki Morita, Zechen Lan, Jinyuan Dun, Tamaki Maekawa, Tsuidou Takumi, King Fai Farley Law, Chang Liu, Kento Katagiri, Norimasa Ozaki,
Organizer
OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] XFEL Radiographic Observation of SiO2 during Shock Compression Process2023
Author(s)
Gooru Masaoka, Tatiana Pikuz, Kento Katagiri, Ryousuke Kodama, Takuo Okuchi, Bruno Albertazzi, Michel Koenig, Kohei Miyanishi, Keiichi Sueda, Toshinori Yabuuchi, Makina Yabashi, Norimasa Ozaki
Organizer
OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Damage threshold of LiF crystal irradiated by femtosecond hard XFEL pulse sequence2023
Author(s)
Sergey Makarov, Sergey Grigorye, Vasily Zhakhovsky, Nail Inogamov, Evgeny Filippov, Tatiana Pikuz, Norimasa Ozaki, Masahiko Ishino, Tetsuya Kawachi, Masaharu Nishikino, Thanh-Hung Dinh, Maxim Zanaveskin, Mikako Makita, Motoaki Nakatsutsumi, Thomas Preston, Karen Appel, Zuzana Konopkova,
Organizer
OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Mechanism of graphite-lonsdaleite phase transition under shock compression2023
Author(s)
Rei Sakaguchi, Hirotaka Nakamura, Yoichiro Hironaka, Kento Katagiri, Keita Nonaka , Kohei Miyanishi, Keiichi Sueda, Makina Yabashi , Toshinori Yabuuchi , Ryosue Kodama, Norima;sa Ozaki
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spectroscopic radiation spectral observations of laser-induced damped shock compression states2023
Author(s)
M. Nakagawa, N. Ozaki, K. Yamagishi, G. Kamimura, R. Iwamoto1, K. Nonaka, K. Katagiri, Y. Hironaka, T. Sano, R. Kodama
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Studies on WDM under high pressures using high-power lasers and XFEL2023
Author(s)
Rei Sakaguchi, Hirotaka Nakamura, Yoichiro Hironaka, Kento Katagiri, Keita Nonaka , Kohei Miyanishi ,Keiichi Sueda, Makina Yabashi , Toshinori Yabuuchi , Ryosuke Kodama, Norimasa Ozaki
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Prediction of laser-irradiation parameters in high-power laser surface processing using deep convolutional neural network2023
Author(s)
K. Rani , N. Ozaki, Y. Hironaka, K. Hashimoto, K. Mukai , K. Miyake , R. Kodama, H. Nakamura, S. Takai , and H. Nagatomo
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Research on freezing of materials under high pressure by Bessel-beam driven microexplosions in transparent materials2023
Author(s)
H. Nakamura, Y. Ota, H. Oguraa, D. Kamibayashi G. Kamimura, D. Murayama, L. Rapp, E. Gamaly A. Rode, T. Matsuoka, D. Sagae, Y. Seto T. Shobu, T. Somekawa, A. Tominaga,
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Book] Ultrafast Laser Nanostructuring2023
Author(s)
Ludovic Rapp,Keiichiro Mukai,Kazuo A. Tanaka,Eugene Gamaly,Ryosuke Kodama,Norimasa Ozaki
Total Pages
1245
Publisher
The Pursuit of Extreme Scales
ISBN
978-3-031-14751-7