2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on attosecond quantum wavepacket dynamics
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26247068
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
鍋川 康夫 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 専任研究員 (90344051)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アト秒科学 / 量子波束 / 非線形光学 / 極端紫外 / ポンプ・プローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、XUV用の光学素子(シリコンビームスプリッター(SiBS)、SiC凹面鏡）の劣化によるアト秒パルス列(APT)ビームラインの性能低下の改善を行った。その後、水素分子をターゲットとし、速度マップ画像(VMI)型イオン分光器で、APT照射によって解離した水素イオンの運動量スペクトルを観測し、その結果これまで観測できなかったスペクトル成分を複数観測することができた。この内、APTの偏光に平行なスペクトル成分はAPTに含まれる９次高調波及び11次高調波により励起された第1励起状態からの解離であった。また、垂直なスペクトル成分は９次高調波、11次高調波、及び13次高調波によって励起された第２励起状態からの解離であることが判明した。これらはSiC凹面鏡交換によるAPTビームの高強度化の結果である。２つ解離経路は基底状態の振動波束の動きによって変化することが予想された。しかも、振動波束が内側の転回点にあるときは第1励起状態への遷移振幅が大きく、外側の転回点にあるときは第２励起状態への遷移し易い。従って、２つAPTビームの遅延を制御することで振動波束の動きを追跡し、解離経路の制御が可能となる。実験では、２つAPTビームの遅延を走査しながら水素イオンのVMIを記録し、APTの偏光に平行なスペクトル成分と垂直な成分それぞれについて遅延と開放運動エネルギー(KER)に対する２次元スペクトログラムを得た。半回帰時刻付近での２つのスペクトル成分の振動の様子を比較すると位相が反転しており、約8fsという超高速の時間スケールで２つの解離経路のスイッチングが行われている事が分かった。これは、最も簡単な構造の分子の最も高速な振動波束制御である。この研究内容を報告した論文はNature Communications 誌に掲載され、研究者の所属する理化学研究所よりプレスリリースされた。
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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
平成28年度の研究実施計画通り、アト秒パルス列(APT)のビームラインの性能低下の改善を行なう事ができた。この改善のおかげで、水素分子の実験において予想していなかった新たな発見があり、分子に於ける複数の電子状態の制御（解離経路の制御）を極端紫外域のAPTによって初めて行なう事ができた。これは当初の計画以上の研究の進展である。この研究に時間を取られてたため、研究実施計画に記したシリコンビームスプリッターの調整機構の導入は年度末となり、その有用性の実証は次年度以降に繰越となった。また制御用のビームライン導入も未達成である。しかしながら、極端紫外域のAPTによる超高速解離経路の制御はこれらの遅延を補って余りある成果であり、研究全体としては概ね順調に推移していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度実施できなかったシリコンビームスプリッターの調整機構の検証を行った上、引き続き水素または重水素分子についてAPT照射の実験を続けていく。これは本年度の実験結果からアト秒スケールで時間発展する電子波束の生成が予想されるからであり、これを捕捉する研究を行っていく。その後、制御用のビームラインを導入し、本格的な振動・電子波束制御の研究に移る。また最終年度にかけては当初の計画にある原子中の電子波束を観測すべく、光電子分光装置の導入も行う。最終年度以降の課題として、任意の原子・分子に対する量子制御に適用可能な光源開発が考えられるので、このための基礎実験も行ないたいと考えている。
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| Remarks |
研究代表者所属機関によるプレス発表。
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