短波長自由電子レーザーを用いた光解離性分子の時間分解分光

• 研究課題/領域番号: 15K17487
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福澤 宏宣 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40541834)
• 研究協力者: 上田 潔 ; 永谷 清信
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 自由電子レーザー / ポンプ・プローブ計測 / 運動量相関計測 / 重元素 / 分子動画

研究成果の概要

X線自由電子レーザー施設SACLAが供給する自由電子レーザーと光学レーザーを用いたポンプ・プローブ計測により、X線を気相の孤立した多原子分子に照射してから数10フェムト秒（1フェムト秒は千兆分の1秒）で完結する超高速反応を観測することに成功した。また、観測した超高速反応の中にも、メカニズムが異なる反応が存在することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

X線を気相分子照射して起こる反応の初期段階を、フェムト秒スケールで観測した例はこれまでになかった。X線を生体分子に照射すると放射線損傷と呼ばれる分子の破壊が起こるが、そのメカニズムは解明されていない。放射線損傷を制御できれば、例えば放射線を用いたがん治療を正確に効率よく実施することが可能となる。今回の研究成果を引き金として、放射線損傷機構解明に向けた大きな発展が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] トゥルク大学(フィンランド)
• [国際共同研究] ゲーテ大学/ハイデルベルグ大学/European XFEL(ドイツ)
• [国際共同研究] ELI-NP/INFLPR(ルーマニア)
• [国際共同研究] 上海科技大学/北京航空航天大学(中国)
• [国際共同研究] Synchrotron SOLEIL/パリ＝サクレ大学(フランス)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] トルゥク大学(フィンランド)
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/DESY(ドイツ)
• [国際共同研究] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
• [国際共同研究] エレットラ/ミラノ工科大学(イタリア)
• [国際共同研究] カンザス州立大学/コネチカット大学(米国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] トルゥク大学(フィンランド)
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/DESY(ドイツ)
• [国際共同研究] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
• [国際共同研究] エレットラ/ミラノ工科大学(イタリア)
• [国際共同研究] カンザス州立大学/コネチカット大学(米国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] トゥルク大学(フィンランド)
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/European XFEL(ドイツ)
• [国際共同研究] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
• [国際共同研究] ソレイユ(フランス)
• [国際共同研究] カンザス州立大学(米国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Low-energy-electron production after 2p ionization of argon clusters (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuzawa Hironobu、Li Yiwen、You Daehyun、Sakakibara Yuta、Yamada Syuhei、Ito Yuta、Takanashi Tsukasa、Oura Masaki、Saito Norio、Ueda Kiyoshi
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 99 号: 4 ページ: 042505-042505
  • DOI: 10.1103/physreva.99.042505
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing molecular bond-length using molecular-frame photoelectron angular distributions (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuzawa Hironobu、Lucchese Robert R.、Liu Xiao-Jing、Sakai Kentaro、Iwayama Hiroshi、Nagaya Kiyonobu、Kreidi Katharina、Schoeffler Markus S.、Harries James R.、Tamenori Yusuke、Morishita Yuichiro、Suzuki Isao H.、Saito Norio、Ueda Kiyoshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 150 号: 17 ページ: 174306-174306
  • DOI: 10.1063/1.5091946
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Real-time observation of X-ray-induced intramolecular and interatomic electronic decay in CH2I2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuzawa Hironobu、Takanashi Tsukasa、Kukk Edwin、Motomura Koji、Wada Shin-ichi、Nagaya Kiyonobu、Ito Yuta、Nishiyama Toshiyuki、Christophe Nicolas 6, Yoshiaki Kumagai、Iablonskyi Denys、Mondal Subhendu、Tachibana Tetsuya、You Daehyun、Yamada Syuhei、Sakakibara Yuta、Asa Kazuki、Sato Yuhiro、Sakai Tsukasa、et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: － 号: 1 ページ: 2186-2186
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10060-z
  • NAID: 120006634627
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radiation-Induced Chemical Dynamics in Ar Clusters Exposed to Strong X-Ray Pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Yoshiaki、Jurek Zoltan、Xu Weiqing、Fukuzawa Hironobu、Motomura Koji、Iablonskyi Denys、Nagaya Kiyonobu, 他19名
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 22 ページ: 223201-223201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.223201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Following the Birth of a Nanoplasma Produced by an Ultrashort Hard-X-Ray Laser in Xenon Clusters (2018)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Yoshiaki, Fukuzawa Hironobu, Motomura Koji, Iablonskyi Denys, Nagaya Kiyonobu, Wada Shin-ichi, Ito Yuta, Takanashi Tsukasa, Sakakibara Yuta, Katayama Tetsuo, Togashi Tadashi, Tono Kensuke, Yabashi Makina, Golubev Nikolay V., Gokhberg Kirill, Cederbaum Lorenz S., Kuleff Alexander I., Ueda Kiyoshi (全34名)
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 8 号: 3 ページ: 031034-031034
  • DOI: 10.1103/physrevx.8.031034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Advances in instrumentation for gas-phase spectroscopy and diffraction with short-wavelength free electron lasers (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuzawa Hironobu、Nagaya Kiyonobu、Ueda Kiyoshi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 907 ページ: 116-131
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.03.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast Coulomb explosion of a diiodomethane molecule induced by an X-ray free-electron laser pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Takanashi, Kosuke Nakamura, Edwin Kukk, Koji Motomura, Hironobu Fukuzawa, Kiyonobu Nagaya, (他28名), Hirohiko Kono, Kiyoshi Ueda
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 号: 30 ページ: 19707-19721
  • DOI: 10.1039/c7cp01669g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge transfer to ground-state ions produces free electrons (2017)
  • 著者名/発表者名: D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gokhberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 14277-14277
  • DOI: 10.1038/ncomms14277
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Ultrafast dynamics induced by FEL or optical laser in atoms, molecules, and clusters (2018)
  • 著者名/発表者名: Hironobu Fukuzawa
  • 学会等名: SACLA User's Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SACLA BL1を用いた気相原子分子の時間分解測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高梨司, 福澤宏宣, Kukk Edwin, 永谷清信, 和田真一, 岸本直樹, 本村幸治, 熊谷嘉晃, You Daehyun, 小野太詩, Li Yiwen, 伊藤雄太, 西山俊幸, 仁王頭明伸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 横野直道, 櫻澤智大, Grundmann Sven, Schoeffler Markus, Piseri Paolo, Ball Rebecca, Liu Xiao-Jing, Asavei Theodor, Miron Catalin, Gaumnitz Thomas, 他
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] SACLAのX線自由電子レーザーに誘起されるCH2I2分子における超高速緩和過程の時間分解測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高梨司, 福澤宏宣, 本村幸治, 永谷清信, 和田真一, 熊谷嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤雄太, 立花徹也, 山田周平, 榊原悠太, You Daehyun, 西山俊幸, 松波健司, 酒井司, 浅和貴, 佐藤由比呂, 梅本嵩之, 仮谷薗寛悟, 高橋優祐, 菅野学, 中村公亮, 山崎馨, 梶本真司, 五月女光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, 他
  • 学会等名: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2017-01-08
• [学会発表] Ne-Kr 混合クラスターにおける基底状態イオンへの電荷移動に伴う電子放出 (2017)
  • 著者名/発表者名: Daehyun You, 福澤宏宣, 榊原悠太, 高梨司, 伊藤雄太, Gianluigi G. Maliyar, 本村幸治, 永谷清信, 西山俊幸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 斎藤則生, 大浦正樹, Markus Schoffler, Gregor Kastirke, Uwe Hegenhahn, Vasili Stumpf, Kirill Gokhberg, Alexander I. Kuleff, Lorenz S. Cederbaum, 上田潔
  • 学会等名: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 神戸芸術センター（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2017-01-08
• [学会発表] Molecular dynamics revealed by X-ray free-electron laser at SACLA (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Fukuzawa, T. Takanashi, K. Nakamura, E. Kukk, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, S. Mondal, Y. Ito, T. Tachibana, S. Yamada, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Matsunami, T. Sakai, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, K. Ochiai, M. Kanno, K. Yamazaki, S. Kajimoto, et al.
  • 学会等名: Intense field- Short Wavelength Atomic and Molecular Processes (ISWAMP)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evidence for Efficient Pathway to Produce Slow Electrons by Ground-state Dication in Clusters (2017)
  • 著者名/発表者名: D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gohkberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • 学会等名: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • 国際学会
• [学会発表] Real Time Observation of Ultrafast Dynamics in CH2I2 Molecule Induced by XFEL Pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takanashi, H. Fukuzawa, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, S. Mondal, Y. Ito, T. Tachibana, S. Yamada, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Matsunami, T. Sakai, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, Y. Takahashi, M. Kanno, K. Nakamura, K. Yamazaki, S. Kajimoto, H. Sotome, et al.
  • 学会等名: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • 国際学会
• [学会発表] Ne-Kr混合クラスターにおける基底状態イオンからの 低エネルギー電子生成過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: You Daehyun, 福澤 宏宣, 榊原 悠太, 高梨 司, 伊藤 雄太, Maliyar Gianluigi M., 本村 幸治, 永谷 清信, 西山 俊幸, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 斎藤 則生, 大浦 正樹, Schoeffler Markus, Kastirke Gregor, Hergenhahn Uwe, Stumpf Vasili, Gohkberg Kirill, Kuleff Alexander I., Cederbaum Lorenz S., 上田 潔
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Ne-Kr 混合クラスターにおける基底状態イオンへの電荷移動に伴う低エネルギー電子生成の観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: Daehyun You, 福澤宏宣, 榊原悠太, 高梨司, 伊藤雄太, Gianluigi G. Maliyar, 本村幸治, 永谷清信, 西山俊幸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 斎藤則生, 大浦正樹, Markus Schoeffler, Gregor Kastirke, Uwe Hergenhahn, Vasili Stumpf, Kirill Gokhberg, Alexander I. Kuleff, Lorenz S. Cederbaum, 上田潔
  • 学会等名: 原子衝突学会第41回年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-12-10
• [学会発表] X線自由電子レーザーを用いたジヨードメタンにおける光誘起分子過程の時間分解測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高梨司, 福澤宏宣, 本村幸治, 永谷清信, 和田真一, 熊谷嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤雄太, 立花徹也, 山田周平, 榊原悠太, ユデヒョン, 西山俊幸, 松波健司, 酒井司, 浅和貴, 佐藤由比呂, 梅本嵩之, 仮屋薗寛悟, 梶本真司, 五月女光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, Miron Catalin, Schoeffler Markus, 他
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Experimental identification for an efficient neutralization pathway of the dication in a cluster (2016)
  • 著者名/発表者名: D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gokhberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • 学会等名: 39th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2016)
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] SACLAのX線自由電子レーザーを用いたジヨードメタン分子における光誘起反応の時間分解測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高梨 司, 福澤 宏宣, 本村 幸治, 永谷 清信, 和田 真一, 熊谷 嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤 雄太, 立花 徹也, 山田 周平, 榊原 悠太, You Daehyun, 西山 俊幸, 松波 健司, 酒井 司, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 梅本 嵩之, 仮屋薗 寛悟, 梶本 真司, 五月女 光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, Miron Catalin, 他
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Ne-Kr 混合クラスターにおける Ne 1s 光イオン化からの緩和過程の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: You Daehyun, 榊原 悠太, 福澤 宏宣, 高梨 司, 伊藤 雄太, Maliyar Gianluigi, 本村 幸治, 永谷 清信, 西山 俊幸, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 八尾 誠, Schoeffler Markus, Kastirke Gregor, Gokhberg Kirill, Kuleff Alexander, Cederbaum Lorenz, 大浦 正樹, 齋藤 則生, 上田 潔
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19