研究課題
特別研究員奨励費
超高圧や超高温の極限環境における物質の状態や振る舞いは、さまざまな科学分野の重要な興味の対象である。ハイパワーレーザーの照射によ って駆動される超高圧下で、物質の結晶構造変化と電子状態との関係を、最先端量子ビームであるX線自由電子レーザープローブを用いて明らかにする。独自に確立してきたレーザー超高圧研究のプラットフォームにおいて、フェムト秒時間分解の硬X線分光診断ツールを新たに開発整備する。X線発光分光やX線非弾性散乱分光により、数100 GPaレベル超高圧下での構造と電子状態変化のシーケンスや、金属化など化学結合状態の変化を直接観察する。
X線自由電子レーザー（XFEL）を利用したX線発光分光診断と、X線回折および速度干渉計計測を組み合わせた統合実験を実施した。独自に合成・作成した惑星物質FeOやFe2O3などの鉄酸化物ターゲットに関して、シングルショットベースのX線発光分光データを初めて取得した。ハイパワーレーザーのエネルギー密度を2e13 W/cm2程度まで変化させた条件で、約250万気圧までの固体および液体の衝撃超高圧状態を生成した。衝撃圧縮用レーザーのパルス幅は5 ns、集光照射スポットサイズはターゲット表面で直径170もしくは260ミクロンであった。X線発光を誘起するX線自由電子レーザーパルスの光子エネルギーは約9 keV、パルス幅は10 fs、集光スポットサイズ直径は約30ミクロンであった。異なる観測角度の2台の分光診断システムを同時に稼働して、レーザー衝撃圧縮下の鉄k-alpha線およびk-beta線近傍の振る舞いを観察し、電子スピン状態の変化を表すショルダーパターンが現れることがわかった。ショックドライブレーザーのエネルギー安定性や、データバックグラウンドノイズの問題を改善し、シングルショットで高SN比の有意な信号を得ることができた。今後の結晶分光システムの改善に有益な情報が得られた。レーザー超高圧に伴う結晶構造変化は、同じXFELパルスを用いた独立のフェムト秒X線回折によって明らかにした。また線結像速度干渉計(VISAR)観察も同時に行い、衝撃波の到達時刻とその圧力を正確にモニターした 。超高速分光診断の新しい実験プラットフォームに関する技術的知見を十分に蓄積できた。
すべて 2024 2023 2022 その他
すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 図書 (1件)
Journal of Instrumentation
巻: 18 号: 04 ページ: C04012-C04012
10.1088/1748-0221/18/04/c04012
ECS Journal of Solid State Science and Technology
巻: 12 号: 6 ページ: 066008-066008
10.1149/2162-8777/acdd9b
Optics Express
巻: 31 号: 16 ページ: 26383-26383
10.1364/oe.486868
Matter and Radiation at Extremes
巻: 8 号: 6 ページ: 066601-066601
10.1063/5.0156681
巻: 8 号: 6666 ページ: 066601-066601
10.1126/science.adh5563
48th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz) Confererence Paper
巻: 1 号: 1 ページ: 1-1
10.1038/s41598-023-35526-5
Scientific Reports
巻: 13 号: 20 ページ: 175731-19
10.1088/1361-648x/ad2796
