| 研究課題/領域番号 |
22K18131
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
大坂 泰斗 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (70782887)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 強度自己相関測定 / パルス幅計測 / パルス時間波形制御 / ダイナミクス / XFEL / 時間診断 / XSVS / 分割遅延光学系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、液体やアモルファス材料において顕現する特異な物性の起源と考えられている、原子空間スケール、ピコ秒時間スケールの自発的な揺らぎの評価手法の確立を目的とする。本目的を達成するため、X線レーザーの時間構造の高感度かつ高能率な評価、結晶素子を利用した高精度かつ連続的なパルス幅制御を実現する。そして時間構造を制御したX線レーザーを利用したX-ray Speckle Visibility Spectroscopy法によって、温度や圧力、外部磁場等、あらゆる試料環境において揺らぎの緩和時間を評価できることを実証する。
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| 研究実績の概要 |
本申請課題では，X線レーザーパルスの時間波形の精密測定，制御および揺らぎ計測への応用を目的としている．本年度では，第一段階としてX線ストリークカメラでは測定不可能なフェムト秒領域のX線レーザーパルス幅の測定手法の実証を主として実施した．測定手法としては，可視光域で広く実施されている”強度自己相関法”によるパルス幅計測を採用した．本手法は本申請課題以前にすでに同研究グループにより実証されているが，長大な測定時間や精度不足等の問題があった．本申請課題では，ダイヤモンド単結晶を非線形媒質として利用し，第二高調波発生を信号としたバックグラウンドフリーな計測をターゲットとし，本年度においてその実証実験を実施した．強度自己相関法では測定対象とするレーザーパルスを自己相関器により2つに分割し，時間差を制御した後非線形媒質へ照射，非線形信号の時間差依存性を測定する．その際，各々の分割パルスが発生させる非線形信号がバックグラウンドとして計測されることで，測定精度の劣化をもたらす．通常，分割パルス間に大きな角度差を設け，各々のパルス単体では非線形信号が発生しないようにするが，角度差ゆえの時間分解能の劣化が懸念事項として挙げられる．X線第二高調波発生では，可視光域と比較し位相整合条件が2~3桁厳しく，非常に小さな角度差でもバックグラウンドを除去できるため，時間分解能の劣化なくバックグラウンドフリーな測定が可能となる．SACLAにおいて実証実験を実施し，10 keVのX線レーザーパルスに対してバックグラウンドをほぼ完全に除去し，自己相関関数の測定に成功した．また，X線分光器のエネルギー分解能を変えることで，X線レーザーのパルス幅が変化することも実証した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度では，バックグラウンドフリーな強度自己相関法によるX線レーザーパルス幅の高精度計測を主目的としていた．本目的は問題なく実施され，世界で初めてX線レーザーパルスのパルス幅を高精度に計測することに成功している．さらに，次年度以降のターゲットであるパルス時間波形の制御にも踏み込むことができた．パルス時間幅とバンド幅との間にはフーリエ変換の関係があり，バンド幅を変えることでパルス幅を制御出来る可能性があるが，X線領域では実証されていなかった．本年度実証した，バックグラウンドフリー強度自己相関法により，X線分光器の種類（バンド幅）を変えることで，パルス幅が変化することも実証することができており，当初想定していた計画以上に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度では，X線分光器を変えることで，パルス幅が変化することまで実証できている．しかし，本申請課題の目的はより精密な時間波形の制御であり，本年度ではそこまでの実証はできていない．より実験条件を最適化させ，X線分光器により時間波形の制御おもび安定化が可能であることを実証していく．合わせて，未だ有効な手法が実証されていない揺らぎ計測へとつなげるため，共同研究者とともに揺らぎ計測の実用化へ向けた基礎研究をすすめる予定である．
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