気相分子の実時間光電子分光法の開発

• 研究課題/領域番号: 16K05496
• 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: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 峰本 紳一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90323493)
• 研究協力者: 島田 紘行 ; 柳下 明 ; 水野 智也 ; 間嶋 拓也 ; 水流 翔太
• 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: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 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: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 光電子分光 / 自由電子レーザー / 高次高調波発生 / 配列分子 / 時間分解分光 / 時間分解光電子分光 / 光電子回折 / X線自由電子レーザー / 超高速光化学反応 / 原子・分子物理

研究成果の概要

本研究では、時間分解光電子分光法を開発することを目的にし、自由電子レーザーFELを用いた超高速光電子回折法の技術開発を行った。特に、同期技術の確立に主眼を置いて開発研究を行った。
例えば、Ar原子からの光電子において、光学レーザーとEUV-FELの時間が一致したときにのみ現れるサイドバンドの観測に成功した。理論計算によってこのサイドバンドを再現し、時間ジッターの評価を行った。
また、光学レーザーによって配列した二酸化炭素分子の光電子角度分布を測定した。この角度分布は理論シミュレーションとよく一致しており、私たちの方法論が正しいことを示している。時間分解光電子ホログラフィの観測は目前に迫っている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超短パルスレーザーを用いた超高速に進行する現象のダイナミクス研究によって、化学反応の本質を理解できるため、多くの研究者が興味を持って研究を続けている。特に、化学反応とは、分子の中で原子の位置が変化することを表わす現象であり、構造の変化を観測することが、化学反応の本質に迫る直接的な手段である。光電子回折法はその有力な手段の一つであり、本研究によって光電子回折の実現直前まで迫ることが可能になった。

研究成果

• [雑誌論文] Two- and three-photon double ionization of helium by soft x-ray free-electron laser pulses (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimada Hiroyuki、Komatsu Kazma、Komatsubara Wataru、Mizuno Tomoya、Miyake Soichiro、Minemoto Shinichirou、Sakai Hirofumi、Majima Takuya、Owada Shigeki、Togashi Tadashi、Yabashi Makina、Yagishita Akira
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 52 号: 6 ページ: 065602-065602
  • DOI: 10.1088/1361-6455/ab0580
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved photoelectron angular distributions from nonadiabatically aligned CO2 molecules with SX-FEL at SACLA (2018)
  • 著者名/発表者名: Minemoto Shinichirou、Shimada Hiroyuki、Komatsu Kazma、Komatsubara Wataru、Majima Takuya、Miyake Soichiro、Mizuno Tomoya、Owada Shigeki、Sakai Hirofumi、Togashi Tadashi、Yabashi Makina、Decleva Piero、Stener Mauro、Tsuru Shota、Yagishita Akira
  • 雑誌名: Journal of Physics Communications 巻: 2 号: 11 ページ: 115015-115015
  • DOI: 10.1088/2399-6528/aaedd3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photoelectron spectroscopy of Rydberg excited states in singly charged molecular ions CS2 + by NIR laser pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimada Hiroyuki、Minemoto Shinichirou、Komatsu Kazma、Komatsubara Wataru、Yoshida Shintaro、Majima Takuya、Mizuno Tomoya、Sakai Hirofumi、Owada Shigeki、Togashi Tadashi、Yabashi Makina、Yagishita Akira
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 51 号: 22 ページ: 225601-225601
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aae578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ar 3p photoelectron sideband spectra in two-color XUV + NIR laser fields (2018)
  • 著者名/発表者名: Minemoto Shinichirou、Shimada Hiroyuki、Komatsu Kazma、Komatsubara Wataru、Majima Takuya、Mizuno Tomoya、Owada Shigeki、Sakai Hirofumi、Togashi Tadashi、Yoshida Shintaro、Yabashi Makina、Yagishita Akira
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 51 号: 7 ページ: 075601-075601
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aab257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure determination of molecules in an alignment laser field by femtosecond photoelectron diffrction using an X-ray free-electron laser (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Minemoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 38654-38654
  • DOI: 10.1038/srep38654
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Two-color above threshold ionization of atoms by using femtosecond XUV free electron laser and NIR laser pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto, Hiroyuki Shimada, Kazma Komatsu, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Tomoya Mizuno, Shigeki Owada, Hirofumi Sakai, Tadashi Togashi, Shintaro Yoshida, Makina Yabashi, and Akira Yagishita,
  • 学会等名: XXI International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 国際学会
• [学会発表] Direct and indirect double photoionization of He with intense femtosecond EUV-FEL pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazma Komatsu, Shinichirou Minemoto, Hiroyuki Shimada, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Soichiro Miyake, Tomoya Mizuno, Hirofumi Sakai, and Akira Yagishita,
  • 学会等名: 34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Time-resolved photoelectron imaging of nonadiabatically aligned CO2 molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto, Hiroyuki Shimada, Kazma Komatsu, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Soichiro Miyake, Tomoya Mizuno, Hirofumi Sakai, and Akira Yagishita,
  • 学会等名: 34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Photoelectron angular distributions from aligned molecular ions in Rydberg excited states (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Shimada, Shinichirou Minemoto, Kazma Komatsu, Soichiro Miyake, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Tomoya Mizuno, Hirofumi Sakai, and Akira Yagishita
  • 学会等名: 34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] 非断熱的に配列したCO2分子の時間分解光電子分光 (2018)
  • 著者名/発表者名: 峰本紳一郎、島田紘行、小松和真、小松原航、間嶋拓也、水野智也、三宅聡一朗、 酒井広文、水流翔太、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] VUV-FELによって生成された分子イオンのリュードベリ状態の光電子分光 (2018)
  • 著者名/発表者名: 島田紘行、峰本紳一郎、小松和真、小松原航、酒井広文、吉田慎太郎、間嶋拓也、水野智也、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] EUV-FELを用いたHeイオンの多光子共鳴イオン化過程の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松和真、峰本紳一郎、島田紘行、小松原航、間嶋拓也、水野智也、三宅聡一朗、酒井広文、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Time-resolved photoelectron spectroscopy of atoms and molecules using EUV-FEL and ultrashort laser pulse (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto
  • 学会等名: International workshop on theory for attosecond quantum dynamics 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Time-resolved photoelectron imaging of nonadiabatically aligned CO2 molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto, Hiroyuki Shimada, Kazma Komatsu, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Soichiro Miyake, Tomoya Mizuno, Hirofumi Sakai, and Akira Yagishita
  • 学会等名: 34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Two-color above threshold ionization of atoms by using femtosecond XUV free electron laser and NIR laser pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto, Hiroyuki Shimada, Kazma Komatsu, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Tomoya, Mizuno, Shigeki Owada, Hirofumi Sakai, Tadashi Togashi, Shintaro Yoshida, Makina Yabashi, and Akira Yagishita
  • 学会等名: the 21st International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 国際学会
• [学会発表] EUV-FELを用いた超高速光電子回折法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 峰本紳一郎、島田紘行、木原太一、小林志凰、小松和真、小松原航、酒井広文、間嶋拓也、水野智也、柳下明
  • 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] EUV-FELと超短パルス近赤外光によるAr原子の2色超閾イオン化過程 (2018)
  • 著者名/発表者名: 島田紘行、峰本紳一郎、三宅聡一郎、小松和真、小松原航、高野哲、酒井広文、吉田慎太郎、間嶋拓也、水野智也、柳下明
  • 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] 単一アト秒パルスを用いた配列分子の吸収スペクトル測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松和真、三宅聡一朗、峰本紳一郎、酒井広文
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第38回年次大会
• [学会発表] 高次高調波を用いた配列分子の吸収スペクトルの測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松和真、三宅聡一朗、峰本紳一郎、酒井広文
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] SACLAの軟Ｘ線FELにおける同期レーザーとのジッターの評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松和真、島田紘行、峰本紳一郎、大和田成起、小松原航、酒井広文、富樫格、間嶋拓也、水野智也、吉田慎太郎、矢橋牧名、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] SXFELと同期レーザーによって得られた原子分子の光電子２色シグナル (2018)
  • 著者名/発表者名: 島田紘行、峰本紳一郎、小松和真、小松原航、酒井広文、吉田慎太郎、間嶋拓也、水野智也、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Photoelectron diffraction from laser-aligned molecules using an x-ray free-electron laser (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto
  • 学会等名: International Symposium on (e,2e), Double Photo-ionization and Related Topics & 19th International Symposium on Polarization and correlation in Atomic and Electronic Collisions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron spectra in short-pulse two-color (EUV+NIR) photoionization of atoms and molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinichirou Minemoto, Hiroyuki Shimada, Kazuma Komatsu, Wataru Komatsubara, Takuya Majima, Soichiro Miyake, Tomoya Mizuno, Satoru Takano, Hirofumi Sakai, Shintaro Yoshida, and Akira Yagishita
  • 学会等名: 33rd Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] High-order harmonic generation from benzene molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Komatsubara, Shinichirou Minemoto, Kazuma Komatsu, Soichiro Miyake, Satoru Takano, Tsutomu Taguchi, and Hirofumi Sakai
  • 学会等名: 33rd Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Absorption spectroscopy of aligned molecules with single attosecond pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Komatsu, Soichiro Miyake, Shinichirou Minemoto, and Hirofumi Sakai
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Attosecond Science
  • 国際学会
• [学会発表] 二色超短パルスレーザーによるAr原子の角度分解光電子分光:実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小松原航
  • 学会等名: 原子衝突学会第42回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 二色超短パルスレーザーによるAr原子の角度分解光電子分光:理論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小松和真
  • 学会等名: 原子衝突学会第42回年会
• [学会発表] EUV-FELと超短パルス近赤外光による２色超閾イオン化過程の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田紘行、峰本紳一郎、三宅聡一朗、小松和真、小松原航、高野哲、酒井広文、吉田慎太郎、間嶋拓也、水野智也、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] EUV-FELを用いた超高速光電子回折法の開発I (2017)
  • 著者名/発表者名: 峰本紳一郎、島田紘行、木原太一、小林志凰、小松和真、小松原航、酒井広文、間嶋拓也、水野智也、柳下明
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] SACLAを用いた光電子回折による配向分子の構造可視化：超高速化学反応の時間発展可視化に向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 峰本 紳一郎
  • 学会等名: 第3回放射光連携ワークショップ
  • 発表場所: ステーションカンファレンス東京(東京都千代田区)
  • 招待講演
• [学会発表] Femtosecond structure determination of molecules in an alignment laser by photoelectron diffraction with an XFEL (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Minemoto, T. Teramoto, H. Akagi, T. Fujikawa, T. Majima, K. Nakajima, K. Ogawa, H. Sakai, T. Togashi, K. Tono, S. Tsuru, S. Yoshida, K. Wada, M. Yabashi, and A. Yagishita,
  • 学会等名: The 16th International Conference on X-Ray Lasers
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム(奈良県奈良市)
  • 国際学会
• [学会発表] Femtosecond structure determination of aligned molecules in an intense laser field studied by X-ray photoelectron diffraction with an XFEL (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Minemoto, T. Teramoto, H. Akagi, T. Fujikawa, T. Majima, K. Nakajima, K. Ogawa, H. Sakai, T. Togashi, K. Tono, S. Tsuru, S. Yoshida, K. Wada, M. Yabashi, and A. Yagishita,
  • 学会等名: 39th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 発表場所: Zuerich, Switzerland
  • 国際学会
• [備考] フェムト秒Ｘ線光電子回折法により強レーザー電場中の分子の構造を決定
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/info/5180/