2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26249146
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉田 陽一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (50210729)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅 晃一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60553302)
近藤 孝文 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (50336765)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | パルスラジオリシス / 時間分解吸収分光 / 量子ビーム初期過程 / 超短パルス電子線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①加速器の移設：RF電子銃加速器の移設により、電源、雰囲気、振動、温度等の環境安定化を行った。加速器およびレーザー、測定装置の安定化によりパルス幅、電子ビームと分析光パルスの同期時間ジッター、強度等の変動の改善が期待され、これにより時間分解能を向上することができると考えられる。
②干渉計の感度モデルを用いた超短パルス電子ビーム計測：電子ビーム計測で用いる干渉計の周波数特性を赤外光源により評価を行い、電子ビーム計測に適用した。ボロメータおよびMCT（HgCdTe）検出器を用いて、電子ビームが放射するコヒーレント遷移放射の計測を行った。電子ビーム計測で得られた周波数スペクトルは、感度モデルにより得られる周波数スペクトルから予測できることが明らかとなり、8.9 フェムト秒の電子ビームの発生・計測に成功した。
③２段階励起パルスラジオリシス測定系の準備：ドデカンの分解過程における励起ラジカルカチオンの役割を解明するために、フェムト秒電子線照射によりラジカルカチオンを生成し、フェムト秒光パルスで再励起し、フェムト秒分析光でアルキルラジカルをモニターする必要がある。そのための電子線-レーザー複合照射パルスラジオリシス測定系を構築した。2015年度にこれを用いた実験を行う。
④ドデカンにおける励起ラジカルカチオンの存在に関する研究：最も簡単なポリエチレンのモデル化合物として、直鎖ドデカンにフェムト秒電子線を照射し、240 nmでアルキルラジカルの生成過程を観測した結果、3 psで生成することを見出し、励起ラジカルカチオンからの直接分解が示唆された。耐放射線高分子材料開発のみならず、次世代半導体ナノファブリケーションのためのレジスト材料開発にも設計指針を与えるので、この知見は非常に重要である。
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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
アト秒パルスラジオリシスの実現には、あらゆる変動要因を排除する必要がある。そのためには外乱要因をパッシブに排除する方法と、変動をアクティブに修正・補正する方法の両方を行う必要がある。環境の整備は地味で基本的なことであるが、これまでに、両観点からパルスラジオリシスシステムを安定化した。その結果、従来の1/10以下の強度(1 mO.D.以下)の過渡吸収が観測可能となっており、アト秒パルスラジオリシスの実現に重要な要因を着実に進めてきた。超短パルス電子ビーム発生・計測においては、より短パルスの電子ビームを計測するために、測定系の広帯域化が必要であった。従来のボロメータを用いた測定系（<15 THzの電磁波計測に対応）からMCT（HgCdTe）検出器を用いた測定系の広帯域化（<50 THz）に着手し、<10 fsフェムト秒電子ビーム発生・計測を行った。一方では、電子ビーム診断に光伝導アンテナの導入手法を確立し、直接的な時間領域測定に応用可能な新規な電子ビーム診断手法の検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
①アト秒電子ビーム診断手法の確立：アト秒電子ビームを計測するために、さらに広帯域な電子ビームパルス幅測定系を構築する。従来の干渉計では、電子ビームから放射される遠赤外～中赤外光を観測してきた。そのため、干渉計と分光器を組み合わせることにより、従来よりも短波長（高周波）の近赤外光を測定すると同時に、光伝導アンテナを用いた遠赤外の光を用いた電子ビーム診断手法の組み合わせも検討し、超広帯域な電子ビーム測定系を構築する。
②パルスラジオリシスにおける時間分解能の向上：パルスラジオリシス吸収分光法の時間分解能は、短パルス性能だけでなく、光吸収のS/Nを改善する必要がある。現在1 mO.D.の観測が限界であるが、分析レーザー光の位置および強度を安定化し、ダブルビーム法により0.1 mO.D.の観測を可能とする。パルスラジオリシスの時間分解能を改善するために、パルス幅7 fsの短パルス分析光レーザーを設置・導入することにより20 fsの時間分解能のパルスラジオリシスシステムを構築する。
③ダブルデッカー電子ビームを用いたパルスラジオリシス：これまでに、シリコンにおけるダブルデッカーパルスラジオリシスに利用できることが明らかになったが、今年度は、<5 fsの電子ビーム発生を実現すると同時に、同程度のパルス幅かつ励起電子ビームと完全に時間同期した分析光を得る。これを利用し、同期時間ジッターの評価及びInGaAs等の半導体中の自由キャリアダイナミクスを測定するパルスラジオリシス実験を行う。
④量子ビーム初期過程の解明：フェムト秒電子線・レーザー複合照射パルスラジオリシス実験により、ドデカンの分解過程における励起ラジカルカチオンの役割を解明する。また、水和電子やアルコール中の溶媒和電子の再励起により電子溶媒和過程の知見を得る。
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[Journal Article] Measurement of < 20 fs bunch length using coherent transition radiation2014
Author(s)
I. Nozawa, K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, M. Gohdo, K. Norizawa, H. Kobayashi, H. Shibata, S. Gonda, Y. Yoshida
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Journal Title
Phys. Rev. ST Accel. Beams
Volume: 17
Pages: 072803
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Simulation study on electron beam acceleration using coherent Cherenkov radiation2014
Author(s)
K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, M. Gohdo, I. Nozawa, T. Toigawa, K. Norizawa, Y. Yoshida, M. Hangyo, R. Kuroda, H. Toyokawa
Organizer
the 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC’14)
Place of Presentation
Dresden, Germany
Year and Date
2014-06-17 – 2014-06-17
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[Presentation] Pulse radiolysis using terahertz pulse2014
Author(s)
K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, M. Gohdo, I. Nozawa, T. Toigawa, K. Norizawa, H. Kobayashi, Y. Yoshida
Organizer
Advanced Lasers and Their Applications (ALTA) 2014
Place of Presentation
Jeju, Korea
Year and Date
2014-05-08 – 2014-05-08
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