| Project/Area Number |
23K26570
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| Project/Area Number (Other) |
23H01877 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Institute for Molecular Science (2024)
Kyoto University (2023) |
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Principal Investigator |
金井 恒人 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 特任講師 (00442947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
時田 茂樹 京都大学, 化学研究所, 教授 (20456825)
岡崎 大樹 京都大学, 化学研究所, 助教 (50976925)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
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| Keywords | アト秒物理学 / 高次高調波発生 / 中赤外レーザー / 光パラメトリック増幅器 / 素粒子物理学 / 表面物理学 / 高次高調波分光 / KTA光パラメトリック増幅器 / Fe:ZnSeマルチパス増幅器 |
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| Outline of Research at the Start |
アト秒物理学の急速な発展の中，この方法論では原理的に素粒子・原子核物理学の様な基礎物理学の研究が出来ないと考えられてきた．一方基礎物理学においては加速器の更なる大型化が困難となったため従来とは違った方法論が求められている．本研究では，ポジトロニウムの様な基礎物理学において非自明な不安定粒子の寿命をアト秒の精度で測定することで基礎物理学の諸問題を直接的に検討するという新奇方法論を確立する．本研究で開発する新奇なアト秒・ゼプト秒分光システムを用い，不安定粒子の寿命測定，超高速イメージング [T. Kanai et al., Nature 435, 470 (2005)] などを展開する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
アト秒物理学の急速な発展の一方で，この方法論では素粒子・原子核物理学の様な基礎物理学の研究ができないと考えられてきた．私達は，ポジトロニウムや湯川中間子の様な基礎物理学において非自明な不安定粒子の寿命をアト秒の精度で測定することで，基礎物理学における諸問題を直接的に検討するという新奇方法論を世界で初めて提案し[T. Kanai et al., CLEO/IQEC, CG-P.7 (2013)]，その素過程であるポジトロニウム負イオンの光脱電子過程の観測に成功している[K. Michishio, T. Kanai et al., Nat. Commun. 7, 11060 (2016).]．本研究では，この本新奇方法論による「アト秒素粒子物理学の開拓」を目指す．
今年度は，昨年度に引き続き京都大学において4ミクロンKTA光パラメトリック増幅器をシード光としたFe:ZnSe中赤外チャープパルス増幅器の開発 [D. Okazaki, T. Kanai et al., EPJ Web Conf. 307, 04069 (2024) など]を行うとともに，2024年3月に分子科学研究所に異動後は，既設のmulti-crystal構成Yb:KGW再生増幅器をポンプ光とした搬送波包絡線位相安定化4ミクロンKTA光パラメトリック増幅器を開発した[(招待講演) 金井, 日本物理学会第79回年次大会, 2024年09月, 17aB111-6他]．後者を用い，実証実験としてZnSe中の高次高調波発生に成功すると共に，分子科学研究所が得意とする表面物理学における相対論的量子力学効果の観測や分光応用実験を実証した[T. Kanai et al, 2025 CLEO/Europe-EQEC, Munich, Germany, June 25-27th (2025), EI-2.4]．
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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
2年目である今年度は，昨年度に引き続き京都大学において4ミクロンKTA光パラメトリック増幅器をシード光としたFe:ZnSe中赤外チャープパルス増幅器の開発 [D. Okazaki, T. Kanai et al., EPJ Web Conf. 307, 04069 (2024) など]を行うとともに，2024年3月に分子科学研究所に異動後は，既設のmulti-crystal構成Yb:KGW再生増幅器をポンプ光とした搬送波包絡線位相安定化4ミクロンKTA光パラメトリック増幅器を開発した[(招待講演) 金井, 日本物理学会第79回年次大会, 2024年09月, 17aB111-6他]．
昨年度末(2024年3月)には，分子科学研究所への異動に伴う環境の大幅な変化があったが，分子科学研究所に既設のmulti-crystal構成Yb:KGW再生増幅器を本研究に転用することにより，本研究に必要不可欠な要素技術である4ミクロン帯の高出力フェムト秒レーザーの開発を異動先でも開発することに成功した．本光源は京都大学で引き続き開発されている同様のレーザーに比べ実用性において優れており，実際分子科学研究所が得意とする表面物理学における相対論的量子力学効果の観測や各種分光応用実験に成功している[T. Kanai et al, 2025 CLEO/Europe-EQEC, Munich, Germany, June 25-27th (2025), EI-2.4].
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| Strategy for Future Research Activity |
京都大学においては引き続き4ミクロン帯のKTA光パラメトリック増幅器をシード光としたFe:ZnSe中赤外チャープパルス増幅器の開発を行う．ポンプ光からの変換効率が高いCPAを最終段増幅器に用いることにより，中赤外光パラメトリック増幅器を最終段増幅器として用いた場合には困難であった，超テラワットクラスの4ミクロンパルスを発生させることが可能となることが期待され，応用として2024年度実現された固体中の高次高調波発生実験のみならず固体プラズマからの高次高調波発生を実証する計画である．
研究代表者の異動先である分子科学研究所では，分子科学研究所に既設の高出力フェムト秒レーザーと研究代表者が持つ数サイクル中赤外レーザー技術，アト秒物理の方法論の融合を開始する．素粒子物理学と凝縮系物理学は歴史的に互いの概念のアナロジーに注目して発展してきた．本研究計画の方法論を統一的な枠組みで展開することにより素粒子物理学のみならず，分子科学研究所が得意とする凝縮系・表面物理学への展開を試みる．
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