次世代極短パルスレーザーによるアト秒科学の新展開

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H05250
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 板谷 治郎 東京大学, 物性研究所, 准教授 (50321724)
• 研究期間 (年度): 2018-06-11 – 2023-03-31
• キーワード: アト秒科学 / 極短パルスレーザー / 高強度レーザー / 高次高調波発生 / 超高速分光 / 軟X線分光 / 光電子分光

研究実績の概要

令和4年度（2022年度）は、前年度に引き続いて以下の二項目についての研究を推進した。

（１）Ti:sapphireレーザーで励起された高強度赤外光源を用いた軟X線分光：原子・分子をターゲットとした強レーザー場中でのトンネルイオン化と再散乱に関する光電子計測を進め、光電子スペクトルのカットオフ近傍の普遍的な振る舞いから光電子波束の多中心多重散乱効果に関する知見を得た。軟X線過渡吸収分光に関しては、実験対象を気相分子から液体・溶液系へ展開するために、水薄膜ジェットを導入した軟X線分光ビームラインを開発した。水薄膜ジェットにおける高次高調波発生の機構解明のために、中赤外域（波長3.2μm）での高エネルギー光パラメトリック光源を開発し、パルスエネルギー370μJ、パルス幅160fsの高強度中赤外パルス発生に成功した。軟X線ビームラインに関しては、軟X線パルスを貴ガス原子に集光して光電子計測を行った結果、内殻励起に伴うカスケード的なオージェ過程の観測に成功した。また、物性研究者との協力の下で、極端紫外域の高調波フェムト秒パルスを用いた固体の時間・角度分解光電子分光を進め、グラファイトやトポロジカル絶縁体などを対象とした実験を行い、光励起に伴う電子ダイナミクスの観測に成功した。

（２）Yb固体レーザーで励起された高繰り返し極短パルス光源の開発と利用研究の推進：Yb固体レーザーを励起源とした光パラメトリック増幅器の開発を進めた結果、繰り返し100 kHz、中心波長2200 nmにおいて時間幅16.4 fs(電場振動の2.3周期に相当)できわめて位相安定な極短パルス発生に成功した。また、Ybレーザーの五倍波によるフェムト秒パルス光源（光子エネルギー6 eV）を用いた固体の時間分解光電子分光を行い、Si表面における光起電力効果の発生と緩和過程における電子ダイナミクスの観測に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] MIPT(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: MIPT
• [雑誌論文] Highly CEP-stable optical parametric amplifier at 2 μm with a few-cycle duration and 100 kHz repetition rate (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Takayuki、Yang Tianqi、Mizuno Tomoya、Kanai Teruto、Itatani Jiro
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 31 ページ: 11649～11649
  • DOI: 10.1364/OE.481126
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative study of photoelectron momentum distributions from Kr and CO_2 near a backward rescattering caustic by carrier-envelope phase mapping (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Tomoya、Yang Tianqi、Kurihara Takayuki、Ishii Nobuhisa、Kanai Teruto、Tolstikhin Oleg I.、Morishita Toru、Itatani Jiro
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 107 ページ: 033101-1～15
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.107.033101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Real-time observation of the Woodward-Hoffmann rule for 1,3-cyclohexadiene by femtosecond soft X-ray transient absorption (2023)
  • 著者名/発表者名: Sekikawa Taro、Saito Nariyuki、Kurimoto Yutaro、Ishii Nobuhisa、Mizuno Tomoya、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Saita Kenichiro、Taketsugu Tetsuya
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 25 ページ: 8497～8506
  • DOI: 10.1039/d2cp05268g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quasi One-Dimensional Band Structure of Photoinduced Semimetal Phase of Ta_2Ni_{1-x}Co_xSe_5 (x=0.0 and 0.1) (2023)
  • 著者名/発表者名: Mitsuoka Takumi、Takahashi Yu、Suzuki Takeshi、Okawa Mario、Takagi Hidenori、Katayama Naoyuki、Sawa Hiroshi、Nohara Minoru、Watanabe Mari、Xu Jiadi、Ren Qianhui、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Okazaki Kozo、Shin Shik、Mizokawa Takashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 023703-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.023703
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct observation of multiple conduction-band minima in high-performance thermoelectric SnSe (2023)
  • 著者名/発表者名: Okawa Mario、Akabane Yuka、Maeda Mizuki、Tan Gangjian、Zhao Li-Dong、Kanatzidis Mercouri G.、Suzuki Takeshi、Watanabe Mari、Xu Jiadi、Ren Qianhui、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Shin Shik、Okazaki Kozo、Saini Naurang L.、Mizokawa Takashi
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 223 ページ: 115081～115081
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2022.115081
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intense infrared lasers for strong-field science (2022)
  • 著者名/発表者名: Chang Zenghu、Fang Li、Fedorov Vladimir、Geiger Chase、Ghimire Shambhu、Heide Christian、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Kobayashi Yuki、Marra Alphonse、Mirov Sergey、Petrushina Irina、Polyanskiy Mikhail、Reis David A.、Tochitsky Sergei、Vasilyev Sergey、Wang Lifeng、Wu Yi、Zhou Fangjie、他2名
  • 雑誌名: Advances in Optics and Photonics 巻: 14 ページ: 652～652
  • DOI: 10.1364/AOP.454797
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast opto-protonics in a hydrogen-bonded π-molecular ferroelectric crystal (2022)
  • 著者名/発表者名: Okimoto Yoichi、Xia Peiyu、Itatani Jiro、Matsushima Haruka、Ishikawa Tadahiko、Koshihara Shin-ya、Horiuchi Sachio
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 10 ページ: 090702～090702
  • DOI: 10.1063/5.0097571
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 100-mJ class, sub-two-cycle, carrier-envelope phase-stable dual-chirped optical parametric amplification (2022)
  • 著者名/発表者名: Xu Lu、Xue Bing、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Midorikawa Katsumi、Takahashi Eiji J.
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 47 ページ: 3371～3371
  • DOI: 10.1364/OL.455811
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-Excitation Band-Structure Engineering of 2H-NbSe_2 Probed by Time- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Mari、Suzuki Takeshi、Someya Takashi、Ogawa Yu、Michimae Shoya、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Saitoh Tomohiko、Shin Shik、Okazaki Kozo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 064703-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.064703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Environmental effects on layer-dependent dynamics of Dirac fermions in quasicrystalline bilayer graphene (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhao Y.、Suzuki T.、Iimori T.、Kim H.-W.、Ahn J. R.、Horio M.、Sato Y.、Fukaya Y.、Kanai T.、Okazaki K.、Shin S.、Tanaka S.、Komori F.、Fukidome H.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 115304-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.115304
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High harmonic generation from GaSe in a deep-UV range well above the bandgap (2022)
  • 著者名/発表者名: Imasaka Kotaro、Shinohara Yasushi、Kaji Tomohiro、Kaneshima Keisuke、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Ishikawa Kenichi L.、Ashihara Satoshi
  • 雑誌名: Optics Continuum 巻: 1 ページ: 1232～1232
  • DOI: 10.1364/OPTCON.451394
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] High power KTA-based OPA at 3.2 μm at 1 kHz (2023)
  • 著者名/発表者名: Tianqi Yang, Takayuki Kurihara, Tomoya Mizuno, Teruto Kanai, Yoshihisa Harada, Jiro Itatani
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 再散乱光電子運動量分布のCEP依存性に現れる多中心多重散乱効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 水野智也, 楊添淇, 栗原貴之, 金井輝人, Oleg Tolstikhin, 森下亨, 板谷治郎
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 硫化サマリウムの光誘起非線形バンドシフトと価数転移 (2023)
  • 著者名/発表者名: 陳奕同, 中村拓人, 渡邉浩, 鈴木剛, 任千慧, 劉珂成, Zhong Yigui, 金井 輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡崎浩三, 井村敬一郎 , 鈴木博之, 佐藤憲昭, 木村真一
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 再散乱光電子運動量分布のCEP依存性に現れる多中心多重散乱効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 水野智也, 楊添淇, 栗原貴之, 金井輝人, Oleg Tolstikhin, 森下亨, 板谷治郎
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第43回年次大会
• [学会発表] 高強度赤外光源によるアト秒科学と将来展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 板谷治郎
  • 学会等名: マイクロ固体フォトニクス研究会・第7回レーザー学会「小型集積レーザー」専門委員会・第7回科学技術交流財団「ジャイアント・マイクロフォトニクス」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Attosecond transient absorption spectroscopy of diatomic triatomic molecules at 400 eV (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Itatani
  • 学会等名: 19th International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science (ISUILS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CEP stable intense IR source for attosecond soft X-ray spectroscopy at 400 eV (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Itatani
  • 学会等名: 12th Asian Symposium on Intense Laser Science (ASILS 12)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast transient absorption spectroscopy at nitrogen K edge (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Itatani
  • 学会等名: Internatinonal Workshop on Photoionization Resonant Inelastic X-ray Scattering (IWP-RIXS 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multicenter multiple rescattering in CO_2 molecules probed by carrier-envelope phase mapping (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Mizuno, T. Yang, T. Kurihara, O. I. Tostikhin, T. Morishita J. Itatani
  • 学会等名: Internatinonal Workshop on Photoionization Resonant Inelastic X-ray Scattering (IWP-RIXS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Universality of photoelectron momentum distribution near a backward rescattering caustic by strong infrared fields (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Mizuno, T. Yang, T. Kurihara, T. Kanai, O. I. Tolstikhin, T. Morishita, J. Itatani
  • 学会等名: 第16回分子科学討論会
• [学会発表] 2 μm帯における mixed plate パルス圧縮 (2022)
  • 著者名/発表者名: 栗原貴之, 楊添淇, 水野智也, 金井輝人, 板谷治郎
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 再散乱光電子収量のCEP依存性に現れる多中心散乱効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 水野智也, 楊添淇, 栗原貴之, 金井輝人, O. I. Tolstikhin, 森下亨, 板谷治郎
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 励起子絶縁体Ta_2Ni(Se_0.6S_0.4)_5の高強度光励起における擬ギャップ状態からノーダル半金属状態へのクロスオーバー (2022)
  • 著者名/発表者名: 服部真己, 大川万里生, 鈴木剛, Y. Zhong, K. Liu, 髙木英典, Y. Lu, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三, 溝川貴司
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 波長可変励起光源を用いた高次高調波レーザー時間分解光電子分光の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛, Y. Zhong, K. Liu, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 時間・角度分解光電子分光による励起子絶縁体Ta_2NiSe_5の光誘起電子状態の検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川万里生, 高橋優, 服部真己, 鈴木剛, Y. Zhong, K. Liu, Y. Lu, 髙木英典, 野原実, 片山尚幸, 澤博, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三, 溝川貴司
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 励起子絶縁体Ta_2Ni_{1-x}_Co_xSe_5の時間・角度光電子分光, (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋優, 大川万里生, 服部真己, 鈴木剛, Y. Zhong, K. Liu, 髙木英典, 野原実, 片山尚幸, 澤博, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三, 溝川貴司
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] Time- Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy on Ta_2NiSe_5 with Wavelength-Tunable Excitation (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Liu, T. Suzuki, Y. Zhong, H. Takagi, M. Nohara, N. Katayama, H. Sawa, T. Kanai, J. Itatani, T. Mizokawa, S. Shin, K. Okazaki
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] Attosecond electronic dynamics of core-excited N_2O molecules probed by transient soft X-ray spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Saito, N. Douguet, N. Ishii, T. Kanai, Y. Wu, A. Chew, S. Han, B. I. Schneider, J. Olsen, L. Argenti, Z. Chang, J. Itatani,
  • 学会等名: The 15th Pacific Rim Conference on Lasers Electro-Optics (CLEO-PR 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Parametric Amplification of Passively Phase Locked Intense Mid-Infrared Pulses with 100 kHz repetition (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Kurihara, T. Yang, T. Mizuno, T. Kanai, J. Itatani
  • 学会等名: The 15th Pacific Rim Conference on Lasers Electro-Optics (CLEO-PR 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Degenerate singularities in backward rescattering processes induced by strong infrared fields (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Mizuno, T. Yang, T. Kurihara, N. Ishii, T. Kanai, O. I. Tolstikhin, T. Morishita, J. Itatani
  • 学会等名: The 15th Pacific Rim Conference on Lasers Electro-Optics (CLEO-PR 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Coherent modulation of the high harmonic generation from liquid water using double MIR pulses excitation (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Yang, T. Kurihara, T. Mizuno, T. Kanai, Y. Harada, J. Itatani
  • 学会等名: The 15th Pacific Rim Conference on Lasers Electro-Optics (CLEO-PR 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Attosecond electronic dynamics of core-excited states of N_2O probed by transient soft X-ray spectroscopy, (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Saito, N. Douguet, N. Ishii, T. Kanai, Y. Wu, A. Chew, S. Han, B. I. Schneider, J. Olsen, L. Argenti, Z. Chang, J. Itatani
  • 学会等名: International Conference on Ultrafast Phenomena (UP2022)
  • 国際学会
• [学会発表] High harmonic generation in a flat water-jet with double MIR pulses (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Yang, T, Kurihara, T. Mizuno, T. Kanai, Y. Harada, J. Itatani
  • 学会等名: International Conference on Ultrafast Phenomena (UP2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental investigation of topological property of degenerate singularities in rescattering processes (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Mizuno, T. Yang, T. Kurihara, N. Ishii, T. Kanai, O. I. Tolstikhin, T. Morishita, J. Itatani
  • 学会等名: 8th International Confernece on Attosecond Science Technology (ATTO)
  • 国際学会
• [学会発表] Attosecond electronic dynamics of core-excited states of N_2O probed by transient soft X-ray spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Saito, N. Douguet, N. Ishii, T. Kanai, Y. Wu, A. Chew, S. Han, B. I. Schneider, J. Olsen, L. Argenti, Z. Chang, J. Itatani
  • 学会等名: 8th International Confernece on Attosecond Science Technology (ATTO)
  • 国際学会
• [学会発表] Time evolution of the high harmonics spectra from the liquid water driven by double MIR pulses (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Yang, T. Kurihara, T. Mizuno, T. Kanai, Y. Harada, J. Itatani
  • 学会等名: 8th International Confernece on Attosecond Science Technology (ATTO)
  • 国際学会
• [学会発表] Passively phase-locked 2 μm intense few-cycle optical parametric amplifier at 100 kHz repetition rate (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Kurihara, T. Yang, T. Mizuno, T. Kanai, J. Itatani
  • 学会等名: 8th International Confernece on Attosecond Science Technology (ATTO)
  • 国際学会
• [学会発表] Universality of photoelectron momentum distribution near a backward rescattering caustic by strong infrared fields (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Mizuno, T. Yang, T. Kurihara, T. Kanai, O. Tolstikhin, T. Morishita, J. Itatani
  • 学会等名: 第37回化学反応討論会
• [学会発表] Attosecond electronic dynamics of core-excites stats of N_2O in the soft-x-ray region (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Douguet, N. Saito, S. Han, Y. Wu, A. B. Chew, N. Ishii, T. Kanai, B. I. Schneider, J. Olsen, L. Argenti, Z. Chang, J. Itatani
  • 学会等名: 53rd Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular Optical Physics (DAMOP)
  • 国際学会
• [学会発表] Phase-stable ultrafast MIR sources for high harmonic generation in solids (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Ishii, K. Kaneshima, N. Saito, P. Xia, T. Kanai, T. Kurihara, T. Mizuno, N. Kanda, R. Matsunaga, J. Itatani
  • 学会等名: CLEO 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Soft-X-ray attosecond transient absorption spectroscopy at 400 eV (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Itatani
  • 学会等名: SLAC Photon Science Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of the quantum shift of a backward rescattering caustic by carrier-envelope phase mapping (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Mizuno, Tianqi Yang, Takayuki Kurihara, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, Philipp Rosenberger, Dominik Zietlow, Matthias F. Kling, Oleg I. Tolstikhin, Toru Morishita, Jiro Itatani
  • 学会等名: Optics & Photonics International Congress (OPIC) 2022
  • 国際学会
• [図書] 光と物質の量子相互作用ハンドブック（第3編 第9章） (2023)
  • 著者名/発表者名: 荒川泰彦（監修）、沖本洋一、板谷治郎、堀内左智雄
  • 総ページ数: 992
  • 出版者: (株)エヌ・ティー・エス
• [備考] 東京大学物性研究所 板谷研究室
  • URL: https://itatani.issp.u-tokyo.ac.jp/index.php
• [備考] ウッドワード・ホフマン則に従う反応の瞬間を世界初観測
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=18085