研究課題
パワーレーザー照射の超高速圧縮により異常格子状態を発現させるとともに、X線自由電子レーザーを同時に用いたポンププローブ実験において、フェムト秒時間分解リアルタイムその場観察によりそのダイナミクスを明らかにしていくことを目指して研究を遂行した。研究代表者によって独自に確立されてきた線結像型レーザードップラー速度干渉計（VISAR）と放射輝度温度計（SOP）を中心とした動的超高圧ダイナミクス観察システムを利用し、パワーレーザー照射によって駆動された数10万気圧程度までの超高圧超高速圧力環境のその場リアルタイム観察を行った。シリコン単結晶において、配向性を変化させたターゲットに圧力を印加し、ピコ秒時間分解で自由表面速度測定を行った。これにより、一次元の弾性圧縮状態を示唆する前駆波の存在、およびその応力状態の時間進展に関する情報を得ることに成功した。この一軸圧縮状態において、既存の状態方程式を用いて応力計算を試み、ユゴニオ弾性限界応力値との比較を行った。また、この超高圧超高速圧縮状態を格子レベルで同時観察するために、高輝度ナノ秒X線プローブを生成するためのターゲットおよび実験ジオメトリを検討し、ナノ秒ダイナミックX線回折イメージング法の実証実験を開始した。レーザープラズマX線パルスのパルス幅および光源サイズなどに関するキャラクタリーゼーション、イメージングプレートディテクタ配置およびフィルタの最適化、スタティックショットによるSNの評価などを行い、良好な結果を得ることに成功した。
1: 当初の計画以上に進展している
これまでの研究実績および輻射シミュレーションコードの予測により最適化されたターゲットの開発により、サブ100万気圧領域もの超高圧超高速圧縮状態の生成に成功した。これにより、弾性圧縮状態を示唆する前駆波の存在と、その正確な圧力値および状態の時間進展に関する情報が得られた。この超高圧超高速圧縮状態を格子レベルで同時観察するための、ナノ秒ダイナミックX線回折イメージングターゲットとジオメトリを確立することに成功するだけでなく、超高速相転移に関する予備的な実験データを得ることにも成功した。また、イメージング手法の高度化に関する有用な知見を得ることにも成功した。
得られた異常圧縮状態における構造およびその時間進展を明らかにし、その一軸圧縮性について評価検討する。異方性結晶の動的一軸圧縮下での振る舞いの観察を、動的超高圧ダイナミクス観察システムを利用して開始し、機械力学的特性と光学特性を明らかにして物質状態を推量するとともに、X線回折イメージングと結合した同時観察へと展開する。レーザーパルスのパルス幅およびコントラストを極限まで制御し、圧力の超高速性を高め、一軸圧縮性や最大圧力との関係の実験的検討に踏み込む。そのための方法論の構築を進める。
これまでの研究実績および輻射シミュレーションコードの予測により最適化されたターゲットの開発により、既にサブ100万気圧領域もの超高圧超高速圧縮状態の生成に成功した。これにより効率的なデータ取得が可能となり、ナノ秒ダイナミックX線回折イメージングターゲットとジオメトリを確立することに成功するだけでなく、超高速相転移に関する予備的な実験データを得ることにも成功した。より高度な次年度以降の展開のために差額を使用する。
異方性結晶の動的一軸圧縮下での振る舞いの観察を先んじて開始するために試料準備を行う。また、レーザーパルスのパルス幅およびコントラストの制御により圧力の超高速性を高めた場合の、一軸圧縮性や最大圧力との関係を明らかにするための予備実験の準備を行う。これら発展的な実験のための試料準備に使用する。
すべて 2016 2015 その他
すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 14件、 招待講演 2件)
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