短波長自由電子レーザーを用いた光解離性分子の時間分解分光

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17487
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福澤 宏宣 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40541834)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 自由電子レーザー / ポンプ・プローブ計測 / 重元素

研究実績の概要

X線自由電子レーザー施設SACLAの軟X線ビームラインBL1において、重元素を含む分子であるジヨードメタン分子を標的試料として、近赤外光学レーザーをポンプ光、軟X線自由電子レーザーをプローブ光とするポンプ・プローブ計測を実施した。平成28年度に実施した予備的な測定の問題点を明らかにし、2色のレーザーの空間的・時間的なオーバーラップを実現する手法を確立した。2色のレーザーの遅延時間数か所においてイオン運動量太夫同時計測を実施し、単一のジヨードメタン分子から放出される2つのヨウ素原子イオン間の運動量相関を抽出することに成功した。現在、運動量相関の遅延時間依存性と、炭素原子イオンを含めた3体の運動量相関を抽出する解析を進行中である。
また、大型放射光施設SPring-8の軟X線ビームラインBL17SUにおいて、ジヨードメタン分子を標的試料とした電子・イオン運動量多重同時計測実験を実施した。単一のジヨードメタン分子から放出される5つのイオン（プロトン×2＋ヨウ素原子イオン×2＋炭素原子イオン）の運動量相関の抽出に成功した、さらに、電子の運動量との相関の抽出にも成功した。
同じく、SPring-8のBL17SUにおいて、半球型電子エネルギー分析器を用いた高分解能電子スペクトルの測定を実施し、電子状態に関する知見を得た。
さらに、平成27年度にSACLAの硬X線ビームラインで実施したジヨードメタン分子へのX線自由電子レーザー照射実験の成果を学術雑誌にて出版し、さらにポンプ・プローブ計測の成果を投稿準備中である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本課題ではポンプ・プローブ計測による分子形状や電子状態の変化とそれらの相関を捉えることが目標である。
平成29年度に実施した実験により、ジヨードメタン分子を標的としたポンプ・プローブ計測に成功したが、医師の診断により、平成29年10月から平成29年12月まで病気休暇となった。平成30年1月から研究を再開したが、データ解析を終えることが出来なかったため。

今後の研究の推進方策

平成29年度に所得した実験データの解析を進めるとともに、自由電子レーザーと光学レーザーを用いたポンプ・プローブ計測を継続していく。

次年度使用額が生じた理由

医師の診断により、平成29年10月から平成29年12月まで病気休暇となった。平成30年1月から研究を再開したが、研究や出張等業務を制限されている。このため、平成30年3月まで研究課題終了が困難となったため、補助事業期間の延長が必要となった。
平成30年度は平成29年度に取得した実験データの解析を進めるとともに、自由電子レーザーと光学レーザーを組み合わせたポンプ・プローブ計測を継続実施する

研究成果

• [国際共同研究] トルゥク大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: トルゥク大学
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/DESY(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/DESY
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
  • 国名: ルーマニア
  • 外国機関名: Extreme Light Infrastructure
• [国際共同研究] エレットラ/ミラノ工科大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: エレットラ/ミラノ工科大学
• [国際共同研究] カンザス州立大学/コネチカット大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カンザス州立大学/コネチカット大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Advances in instrumentation for gas-phase spectroscopy and diffraction with short-wavelength free electron lasers (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuzawa Hironobu、Nagaya Kiyonobu、Ueda Kiyoshi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 907 ページ: 116～131
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.03.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Coulomb explosion of a diiodomethane molecule induced by an X-ray free-electron laser pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takanashi, K. Nakamura, E. Kukk, K. Motomura, H. Fukuzawa, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, Y. Ito, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, K. Ochiai, M. Kanno, K. Yamazaki, K. Kooser, C. Nicolas, C. Miron, T. Asavei, L. Neagu, M. Schoeffler, G. Kastirke, et al.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 ページ: 19707～19721
  • DOI: 10.1039/c7cp01669g
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] SACLA BL1を用いた気相原子分子の時間分解測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高梨司, 福澤宏宣, Kukk Edwin, 永谷清信, 和田真一, 岸本直樹, 本村幸治, 熊谷嘉晃, You Daehyun, 小野太詩, Li Yiwen, 伊藤雄太, 西山俊幸, 仁王頭明伸, 浅和貴, 佐藤由比呂, 横野直道, 櫻澤智大, Grundmann Sven, Schoeffler Markus, Piseri Paolo, Ball Rebecca, Liu Xiao-Jing, Asavei Theodor, Miron Catalin, Gaumnitz Thomas, 他
  • 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] Molecular dynamics revealed by X-ray free-electron laser at SACLA (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Fukuzawa, T. Takanashi, K. Nakamura, E. Kukk, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, S. Mondal, Y. Ito, T. Tachibana, S. Yamada, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Matsunami, T. Sakai, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, K. Ochiai, M. Kanno, K. Yamazaki, S. Kajimoto, et al.
  • 学会等名: Intense field- Short Wavelength Atomic and Molecular Processes (ISWAMP)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evidence for Efficient Pathway to Produce Slow Electrons by Ground-state Dication in Clusters (2017)
  • 著者名/発表者名: D. You, H. Fukuzawa, Y. Sakakibara, T. Takanashi, Y. Ito, G. G. Maliyar, K. Motomura, K. Nagaya, T. Nishiyama, K. Asa, Y. Sato, N. Saito, M. Oura, M. Schoeffler, G. Kastirke, U. Hergenhahn, V. Stumpf, K. Gohkberg, A. I. Kuleff, L. S. Cederbaum, K. Ueda
  • 学会等名: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • 国際学会
• [学会発表] Real Time Observation of Ultrafast Dynamics in CH2I2 Molecule Induced by XFEL Pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takanashi, H. Fukuzawa, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, Y. Kumagai, D. Iablonskyi, S. Mondal, Y. Ito, T. Tachibana, S. Yamada, Y. Sakakibara, D. You, T. Nishiyama, K. Matsunami, T. Sakai, K. Asa, Y. Sato, T. Umemoto, K. Kariyazono, Y. Takahashi, M. Kanno, K. Nakamura, K. Yamazaki, S. Kajimoto, H. Sotome, et al.
  • 学会等名: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC XXX)
  • 国際学会
• [学会発表] Ne-Kr混合クラスターにおける基底状態イオンからの 低エネルギー電子生成過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: You Daehyun, 福澤 宏宣, 榊原 悠太, 高梨 司, 伊藤 雄太, Maliyar Gianluigi M., 本村 幸治, 永谷 清信, 西山 俊幸, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 斎藤 則生, 大浦 正樹, Schoeffler Markus, Kastirke Gregor, Hergenhahn Uwe, Stumpf Vasili, Gohkberg Kirill, Kuleff Alexander I., Cederbaum Lorenz S., 上田 潔
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会