XFELを用いた元素選択的な光触媒反応ダイナミクスの解明

• 研究課題/領域番号: 25790093
• 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: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 片山 哲夫 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 研究員 (90648073)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2013年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: X線自由電子レーザー / 超高速時間分解計測 / X線吸収分光 / 時間分解X線吸収分光

研究成果の概要

XFELを用いた時間分解X線吸収分光法のために、波長分散型と蛍光収量型の2種類の手法を開発した。短寿命の光反応中間体を捉えられるか確かめるため、同期レーザーと組み合わせて鉄シュウ酸アンモニウム水溶液の分散溶液について時間分解計測を行った。結合の解離や電子構造の変化をサブピコ秒で観測することに成功した。
加えて、ジッターによって制限されている時間分解能の改善に取り組んだ。高強度X線が半導体試料に照射されると電子温度の上昇と光学透過率の低下が起こる。これを空間デコーディングと組み合わせることによりジッター計測を行った。約10フェムト秒の正確さを得ることに成功し劇的に時間分解能を改善した。

研究成果

• [雑誌論文] Femtosecond time-resolved X-ray absorption spectroscopy of liquid using a hard X-ray free electron laser in a dual-beam dispersive detection method (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Obara, Tetsuo Katayama, Yoshihiro Ogi, Takayuki Suzuki, Naoya Kurahashi, Shutaro Karashima, Yohei Chiba,Yusuke Isokawa,Tadashi Togashi, Yuichi Inubushi, Makina Yabashi, Toshinori Suzuki, and Kazuhiro Misawa
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 22 号: 1 ページ: 1105-1113
  • DOI: 10.1364/oe.22.001105
  • NAID: 120005366003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond x-ray absorption spectroscopy with hard x-ray free electron laser (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Katayama, Yuichi Inubushi, Yuki Obara, Takahiro Sato, Tadashi Togashi, Kensuke Tono, Takaki Hatsui, Takashi Kameshima, Atanu Bhattacharya, Yoshihiro Ogi, Naoya Kurahashi, Kazuhiko Misawa, Toshinori Suzuki, and Makina Yabashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103 号: 13
  • DOI: 10.1063/1.4821108
  • 査読あり
• [学会発表] Ultrafast X-ray Absorption Spectroscopy Using Femto-second X-ray Pulses (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Katayama
  • 学会等名: 岡崎コンファレンス
  • 発表場所: 愛知県岡崎市
  • 年月日: 2015-02-03 – 2015-02-05
  • 招待講演
• [学会発表] XFELを用いた超高速フェムト秒XAFS測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Katayama
  • 学会等名: 日本分析化学会
  • 発表場所: 広島県広島市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] 透過型回折格子を用いたXFEL吸収分光法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 片山 哲夫、犬伏 雄一、小原 祐樹、佐藤 尭洋、富樫 格、 登野 健介、初井 宇記、亀島 敬、Atanu Bhattacharya、小城 吉寛、 倉橋 直也、三沢 和彦、鈴木 俊法、矢橋 牧名
  • 学会等名: 日本放射光学会
  • 発表場所: 広島
• [学会発表] Ultrafast dynamics studies at XFEL SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Katayama
  • 学会等名: The 2nd XFEL Workshop on Dynamics
  • 発表場所: Pohang, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Instruments and Applications of SACLA Beamline (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Katayama
  • 学会等名: Euro-XFEL user meeting
  • 発表場所: Hamburg, Germany
• [備考] 世界で初めて、X線自由電子レーザーを用いたフェムト秒領域でのX線直接吸収分光測定に成功
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2014/140110/
• [備考] X線自由電子レーザーパルスの特性を生かした高効率X線吸収分光法の開発
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2013/130924/
• [備考] 世界で初めて、X線自由電子レーザーを用いたフェムト秒領域でのX線直接吸収分光測定に成功
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2014/140110/
• [備考] X線自由電子レーザーパルスの特性を生かした高効率X線吸収分光法の開発
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2013/130924/