多数の励起原子集団での原子間クーロン緩和とカスケード現象

• 研究課題/領域番号: 16K05016
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 永谷 清信 京都大学, 理学研究科, 助教 (30273436)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 自由電子レーザー / クラスター / 原子間クーロン緩和

研究成果の概要

本研究では、近年見出されたクラスター内の多原子の励起状態からの電子緩和過程をはじめとして、励起原子集団が関与するダイナミクスの解明を目指して、主として短波長自由電子レーザー（FEL）を用いた実験的な観測手法の開発を行い、分子や希ガスクラスターとなどを標的として研究行った。強力なX線パルスなどの照射によりクラスター中に励起原子集団を生成し、フェムト秒からピコ秒程度のごく短時間で多体の励起原子間のエネルギー緩和による電子緩和や構造変化が起こることを時分割の電子分光やX線構造解析の手法を用いて明らかにし、その素過程の解明をすすめた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

様々な高強度・短パルスレーザーの開発は、これを用いる研究の高度化にとどまらず、レーザー利用の日常化と技術革新を通して我々の生活に変化をもたらしてきた。物質への強力なレーザー照射によって引き起こされる過程は、物質の高励起状態が関わる複雑な過程であり、その素過程を理解することは新しい非平衡系物理の開拓という意味での基礎的科学として興味深いだけでなく、レーザー利用の高度化にもつながる重要な研究である。理論的な取扱が非自明あるいは困難な場合が現れるため、実験的な知見の蓄積が重要な役割を担っており、将来的には理論研究との協力により理解を深めることできる。

研究成果

• [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] Molecular Dynamics of XFEL-Induced Photo-Dissociation, Revealed by Ion-Ion Coincidence Measurements (2017)
  • 著者名/発表者名: Edwin Kukk, Koji Motomura, Hironobu Fukuzawa, Kiyonobu Nagaya, and Kiyoshi Ueda
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 7 号: 5 ページ: 531-531
  • DOI: 10.3390/app7050531
  • NAID: 120006491843
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Time-Resolved Measurement of Interatomic Coulombic Decay Induced by Two-Photon Double Excitation of Ne2 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takanashi, N. V. Golubev, C. Callegari, H. Fukuzawa, K. Motomura, D. Iablonskyi, Y. Kumagai, S. Mondal, T. Tachibana, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Matsunami, P. Johnsson, P. Piseri, G. Sansone, A. Dubrouil, M. Reduzzi, P. Carpeggiani, C. Vozzi, M. Devetta, M. Negro et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 3 ページ: 033202-033202
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.033202
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Slow Interatomic Coulombic Decay of Multiply Excited Neon Clusters (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Iablonskyi, K. Nagaya, H. Fukuzawa, K. Motomura, Y. Kumagai, S. Mondal, T. Tachibana, T. Takanashi, T. Nishiyama, K. Matsunami, P. Johnsson, P. Piseri, G. Sansone, A. Dubrouil, M. Reduzzi, P. Carpeggiani, C. Vozzi, M. Devetta, M. Negro, F. Calegari, A. Trabattoni, M. C. Castrovilli et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 27 ページ: 276806-276806
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.276806
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 5.Interatomic Coulombic Decay Cascades in Multiply Excited Neon Clusters (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nagaya, D. Iablonskyi, N. V. Golubev, K. Matsunami, H. Fukuzawa, K. Motomura, T. Nishiyama, T. Sakai, T. Tachibana, S. Mondal, S. Wada, K. C. Prince, C. Callegari, C. Miron, N. Saito, M. Yabashi, Ph. V. Demekhin, L. S. Cederbaum, A. I. Kuleff, M. Yao and K. Ueda
  • 雑誌名: Nat. Comm. 巻: 7 号: 1 ページ: 13477-13477
  • DOI: 10.1038/ncomms13477
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Femtosecond Charge and Molecular Dynamics of I-containing organic molecules Induced by Intense X-Ray Free-Electron Laser Pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: K.Nagaya, K.Motomura, E.Kukk, Y.Takahashi, K.Yamazaki, S.Ohmura, H.Fukuzawa, S.Wada, S.Mondal, T.Tachibana, Y.Ito, R.Koga, T.Sakai, K.Matsunami, K.Nakamura, M.Kanno, A.Rudenko, C.Nicolas, X-J.Liu, C.Miron, Y.Zhang, Y.Jiang, J.Chen, M.Anand, D.E.Kim, K.Tono, M.Yabashi, M.Yao, H.Kono, K.Ueda
  • 雑誌名: Faraday Discussions 巻: 194 ページ: 537-562
  • DOI: 10.1039/c6fd00085a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 電子スペクトル計測による軟 X 線 FEL 誘起ナノプラズの生成・崩壊過程の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 仁王頭明伸、他26名
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光化学合同シンポジウム
• [学会発表] 軟X線FELを用いたXeクラスターの逐次イオン化によるナノプラズマ生成ダイナミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 横野直道、他26名
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 軟X線FELによるキセノンクラスターの多重イオン化におけるイオン化抑制とナノプラズマ生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仁王頭明伸、他26名
  • 学会等名: 第31回放射光学会年会・放射光化学合同シンポジウム
• [学会発表] Tracing the laser induced ultrafast destruction of giant Xe clusters by time resolved x-ray diffraction measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyonobu Nagaya
  • 学会等名: Conference on Laser Synchrotron Radiation Combination Experiment (LSC 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] XFELを利用したXeクラスターの時分割X線回折 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仁王頭明伸，西山俊幸，（他30名），永谷清信，上田潔
  • 学会等名: 第31回放射光学会年会・放射光化学合同シンポジウム
• [学会発表] 軟X線FELによるキセノンクラスターの多重イオン化におけるイオン化抑制とナノプラズマ生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仁王頭明伸，横野直道，西山俊幸，（他22名），永谷清信，上田潔
  • 学会等名: 第31回放射光学会年会・放射光化学合同シンポジウム
• [学会発表] SACLAのシングルショットX線回折による単一Xeクラスターの形状解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山俊幸
  • 学会等名: 第30回放射光学会年会・放射光化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: 2017-01-07
• [学会発表] Ultrafast dynamics of atomic clusters proved by XFEL (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiyonobu Nagaya
  • 学会等名: 30th International Conference on Photonic Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast structure change of laser induced nano-plasma traced by time-resolved x-ray diffraction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiyonobu Nagaya
  • 学会等名: 14th International Conference on Multiphoton processes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics in XFEL induced nano-plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiyonobu Nagaya
  • 学会等名: Physical Chemistry Colloquium 2017@Sendai
  • 国際学会
• [学会発表] 時分割X線回折で探る巨大Xeクラスターの超高速構造変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山俊幸，仁王頭明伸，（他30名），永谷清信，上田潔
  • 学会等名: 第11回 分子科学討論会
• [学会発表] XFELを用いたXeクラスターの時分割X線回折 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山俊幸，仁王頭明伸，（他30名），永谷清信，上田潔
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Femtosecond time-resolved observation of nanoplasma formation at SACLA (2016)
  • 著者名/発表者名: 永谷清信
  • 学会等名: Satellite workshop of 5th Japanese-German University Presidents’ Conference
  • 発表場所: Karlsruhe Institute of Technology, Germany
  • 年月日: 2016-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrafast charge and nuclear dynamics of XFEL irradiated 5-iodouracil molecule studied by ion momentum spectroscopy combined with numerical simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: 永谷清信
  • 学会等名: 39th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2016)
  • 発表場所: ETH Zurich, Switzerland Paul Scherrer Institute Charlotte Heer
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] Tracing of ultrafast dynamics of polyatomic molecules at SACLA (2016)
  • 著者名/発表者名: 永谷清信
  • 学会等名: HeKKSAGOn Pre-meeting in Heidelberg
  • 発表場所: Heidelberg University, Germany
  • 国際学会