2024 Fiscal Year Annual Research Report
超高強度XFEL sub10nm集光ビームによるX線非線形光学現象の探索
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23K17149
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山田 純平 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (10845027)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | X線自由電子レーザー / X線ミラー / X線ナノ集光 / X線非線形光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，多重励起状態原子・分子物理の探索と高次の硬X線非線形光学現象の観測を実施する.
令和5年度は，多重励起状態の観測と7 nmXFELでの実験様式の確立を進めた.具体的には，CrやMnといった元素の金属薄膜に7 nm集光XFELを照射し，蛍光X線分光測定を実施する環境を整備した.独自に開発した試料調製ユニットとマグネトロンスパッタ法を用いて，1~2μm厚みの金属薄膜を再現性よく作製した.また，HAPG結晶アナライザにもとづく分光測定配置を確立した. 実験の結果として，Crなどの金属元素について特異な蛍光発光スペクトルを取得し，とくに水素様イオンからの発光スペクトルであるライマンα線およびライマンβ線の取得に成功した. さらに非線形光学実験の下準備として，Zr元素を対象に二光子吸収の観測を行った.予測どおり，二光子吸収シグナルの計測に成功するだけでなく，極めて高強度なX線場において現象の非線形性が変化する様を観測した.
令和6年度は，X線領域での直接三光子吸収の観測を実施した.準位エネルギーの高いMoなどの重金属元素では，通常の場合電子励起されないK殻-1s電子であっても，超高強度XFEL下では3光子の同時寄与により光電吸収が実現可能である.実際に行なった実験では，高強度焦点近傍+/-3μmのみの領域において，Mo-K発光であるX線が検出された．得られた発光強度は明確に入射強度の3乗に比例しており，三光子吸収とその後の蛍光緩和による発光の実現が示された．3光子の入射-1光子の出射の4次非線形現象であり，硬X線領域で初の成果である. また，現状9.1keVに限られているX線波長の拡張を試み，マルチd-space多層膜の開発により複数波長を利用可能とするための新たなX線光学技術の開発を行なった．
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[Presentation] Development of X-ray wavefront-corrected multilayer mirrors for high-resolution holography imaging2024
Author(s)
K. Shioi, J. Yamada, A. Ito, I. Inoue, T. Osaka, G. Yamaguchi, Y. Inubushi, D. Toh, Y. Sano, M. Yabashi, and K. Yamauchi
Organizer
International Conference on X-ray Optics and Applications (XOPT2024)
Int'l Joint Research
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