高エネルギー密度物質準安定相生成と凍結機構解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22224012
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 兒玉 了祐 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80211902)
• 研究分担者: 尾崎 典雅 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70432515) ; 佐野 智一 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314371) ; 荒河 一渡 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (30294367)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 高エネルギー密度 / パワーレーザー / 高圧物性 / 新物質材料 / 準安定相

研究実績の概要

これまで開発してきた動的圧縮技術、診断技術をもとに以下の研究成果を得た。
高密度ダイヤモンド：レーザーアブレータを多層膜化することで、圧力パルス波形整形を実現し、低エントロピー圧縮を最適化することに成功し、固体状態のまま1000万気圧超の状態を実現すると同時にその場X線回折イメージングおよび試料回収実験を初めて実施した。X線回折イメージングには明瞭なピークは出現しなかった。ダイヤモンド-BC8相転移がひずみ速度に強く依存する可能性があることが分かった。
その場診断：パワーレーザーと同期したXFEL(10fs)ならびに光学干渉時間分解計測器を利用することで、動的圧縮ダイナミックスの詳細を明らかにした。塑性変形状態の前状態として弾性圧縮限界を遥かにしのぐ圧力下での異常弾性状態が生成されることを初めて確認した。また無拡散タイプの構造変化が10 psのスケールで進行し、その格子が数10倍の残存時間を有することが明らかになった。さらに異常弾性圧縮状態の格子と高圧相が相互作用して新しい物質状態を形成し高圧相凍結につながる可能性があることが解った。一方、電子顕微鏡に関するその場診断に関しては、レーザー加速電子ビームを用いた電子回折を世界で初めて実現した。また既存電子顕微鏡を用いた動的観察法により、格子欠陥ダイナミクスが、高圧相への転移の起点および除荷過程での高圧相凍結に重要な役割を担う可能性があることを明らかにした。
金属シリコン準安定相凍結評価：レーザー高圧相凍結機構には、格子欠陥形成機構が重要な役割を果たすことが示唆された。60万気圧の超高圧縮の場合、静的圧縮で存在した六法細密構造シリコンは確認できず、異常圧縮された立方相ダイヤ構造シリコンと金属シリコン構造の規則的な混合状態であることを初めて明らかにした。金属シリコン相凍結にこの相転移格子ダイナミクスが影響していると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] P-ρ-T measurements of H2O up to 260 GPa under laser-driven shock loading (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, N. Ozaki, T. Sano, T. Okuchi, T. Sano, K. Shimizu, K. Miyanishi, T. Terai, T. Kakeshita, M. French, R. Redmer, Y. Sakawa, and R. Kodama
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 142 ページ: 164504
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4919052
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Progress in warm dense matter study with applications to planetology (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Benuzzi-Mounaix, S. Mazevet, A. Ravasio, T. Vinci, A. Denoeud, M. Koenig, N. Amadou, E. Brambrink, F. Festa, A. Levy, M. Harmand, S. Brygoo, G. Huser, V. Recoules, J. Bouchet, G. Morard, F. Guyot, T. de Resseguier, K. Miyanishi, N. Ozaki, et al.
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: Vol.2014, No. T161 ページ: 014060_1-8
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2014/T161/014060
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] その場実時間Ｘ線回折によるレーザー衝撃圧縮下の物質ダイナミクス観測実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友哉, 尾崎典雅, 浦西宏幸, 浅海雄人, 池谷正太郎, 大谷栄治，喜田美佳, 近藤良彦, 宮西宏併, 小川剛史, 坂和洋一, 佐野孝好, 兒玉了祐
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: Vol. 42, No. 6 ページ: 502-506
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple-shocks induced nanocrystallization in iron (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda, Tomokazu Sano, Kazuto Arakawa, and Akio Hirose
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 ページ: 021902
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4890389
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of laser-driven ultrafast shockless compression using gold target (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyanishi, N. Ozaki, E. Brambrink, N. Amadou, A. Benuzzi-Mounaix, R. Cauble, A. Dizieret, F. Guyot, M. Koenig, G. Morard, T. de Resseguier, A. Ravasio, R. Smith, Y. Tange, T. Vinci, H. G. Wei, and R. Kodama
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: Vol. 116, No. 4 ページ: 043521_1-4
  • DOI: 10.1063/1.4891802
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On electron betatron motion and electron injection in laser wakefield accelerators (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuoka, C. McGuffey, P. G. Cummings, S. S. Bulanov, V. Chvykov, F. Dollar, Y. Horovitz, G. Kalintchenko, K. Krushelnick, P. Rousseau, A. G. R. Thomas, V. Yanovsky and A. Maksimchuk
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 巻: Vo. 56, No. 8 ページ: 084009_1-7
  • DOI: 10.1088/0741-3335/56/8/084009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dislocation structure produced by an ultrashort shock pulse (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, and A. Hirose
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 116 ページ: 183506
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4901928
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser-driven shock-induced dislocation structures in iron (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, O. Sakata, H. Tajiri, and A. Hirose
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 7 ページ: 122704
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7567/APEX.7.122704
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 超高圧下における酸化マグネシウムの屈折率計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮西宏併、尾崎典雅、丹下慶範、木村友亮、坂和洋一、佐野孝好、土屋卓久、兒玉了祐
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: Vol. 43, No,1 ページ: 41-45
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing iron at Super-Earth core conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Amadou, E. Brambrink, T. Vinci, A. Benuzzi-Mounaix, G. Huser, S. Brygoo, G. Morard, F. Guyot, T. de Resseguier, S. Mazevet, K. Miyanishi, N. Ozaki, R. Kodama, O. Henry, D. Raffestin, T. Boehly, and M. Koenig
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 巻: Vol. 22, No. 2 ページ: 022705_1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4907244
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] フェムト秒レーザ駆動衝撃波を繰り返し負荷した鉄中に形成される高密度転位組織 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 塚田貴大, 荒河一渡, 廣瀬明夫
  • 雑誌名: レーザ加工学会誌 巻: Vol. 22, No. 1 ページ: 46-51
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] パワーレーザーと高エネルギー密度物質科学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-22 – 2015-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] 水素関連欠陥ダイナミクスのTEM観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荒河一渡
  • 学会等名: 日本金属学会2015年春期大会
  • 発表場所: 東京大学(東京都目黒区)
  • 年月日: 2015-03-20 – 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] Investigating Matter atExtreme Pressures (2015)
  • 著者名/発表者名: Norimasa Ozaki
  • 学会等名: Matter in Extreme Conditions from MATerial science to PLAnetary physics (MECMATPLA)
  • 発表場所: Montgenevre, FRANCE
  • 年月日: 2015-02-04 – 2015-02-04
  • 招待講演
• [学会発表] フェムト秒レーザー衝撃圧縮された結晶格子のその場X線自由電子レーザー回折計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第35回年次大会
  • 発表場所: 東海大学高輪校舎(東京都港区）
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] Patterning of Indium Tin Oxide Microwires Using Laser-Induced Thermal Printing Method (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, S. Iwasaki, S. Katsura, K. Yoshida, A. Nakayama, A. Hirose
  • 学会等名: International Conference on Nanojoining and Microjoining 2014 (NMJ'2014)
  • 発表場所: Emmetten, Switzerland
  • 年月日: 2014-12-09 – 2014-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Structural Dynamics of Shock-Compressed Iron Probed with XFEL (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Sano, Tomoki Matsuda, Akio Hirose, Mitsuru Ohata, Tomoyuki Terai, Tomoyuki Kakeshita, Yuichi Inubushi, Takahiro Sato, Makina Yabashi, Tadashi Togashi, Kensuke Tono, Osami Sakata, Kazuto Arakawa, Norimasa Ozaki, Ryosuke Kodama
  • 学会等名: MRS 2014 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2014-12-04 – 2014-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Studies on Dynamics of Single Self-Interstitial Atoms in Tungsten using HVEM (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Arakawa, T. Amino, H. Mori
  • 学会等名: MRS 2014 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-01
• [学会発表] Ultrafast Visualization of Structural Dynamics in Femtosecond Laser-Driven Shocked Iron Probed with XFE (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano
  • 学会等名: The International Symposium on Visualization in Joining & Welding Science through Advanced Measurements and Simulation (Visual-JW)
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park(大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] XFEL-SACLA を用いた超高圧下の格子ダイナミクス観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅, 松岡健之, 佐野智一, 犬伏雄一, 富樫格, 籔内俊毅, 羽原英明, ALBERTAZZI Bruno, 松山智至, 山内和人, 田中和夫, 廣瀬明夫, 近藤良彦, 佐藤友哉, 松田朋己, 浦西浩幸, 中塚和樹, 林圭輔, 喜田美佳, 小川剛史, 池谷正太郎, HARMAND Marion, MORARD Guillaume, KOENIG Michel, 兒玉了佑
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学(徳島県徳島市)
  • 年月日: 2014-11-24 – 2014-11-24
• [学会発表] その場実時間Ｘ線回折によるレーザー衝撃圧縮下の相転移ダイナミクスの観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友哉, 尾崎典雅, 池谷正太郎, 喜田美佳, 小川剛史, ALBERTAZZI Bruno, 坂和洋一, 佐野孝好, 兒玉了祐
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学(徳島県徳島市)
  • 年月日: 2014-11-24 – 2014-11-24
• [学会発表] 反射率計測を用いた溶融鉄ニッケル合金の物性診断 (2014)
  • 著者名/発表者名: 池谷正太郎, 尾崎典雅, 丹下慶範, 小川剛史, 喜田美佳, 佐藤友哉, ALBERTAZZI Bruno, 坂和洋一, 佐野孝好, 兒玉了祐
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学(徳島県徳島市)
  • 年月日: 2014-11-24 – 2014-11-24
• [学会発表] 液体試料の衝撃波圧縮による氷惑星内部状態の生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 喜田美佳, 尾崎典雅, 奥地拓生, 木村友亮, 佐野 孝好, ALBERTAZZI Bruno, 浅海雄人, 池谷正太郎, 小川剛史, 佐藤 友哉, 宮西宏併, 楊宗翰, 坂和洋一, 兒玉了祐
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学(徳島県徳島市)
  • 年月日: 2014-11-24 – 2014-11-24
• [学会発表] パワーレーザーとその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 兒玉了祐
  • 学会等名: 第6回 光科学フォーラムサミット「パワーレーザーとその応用 ～Ｘ線からテラヘルツまで～」
  • 発表場所: 科学技術館(東京都千代田区)
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] 高エネルギー密度物質ダイナミクスと相転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅
  • 学会等名: Plasma Conference 2014(PLASMA2014)
  • 発表場所: 鷺メッセ(新潟県新潟市)
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-18
  • 招待講演
• [学会発表] High energy density science with advanced laser (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Kodama
  • 学会等名: Japanese-French Symposium on Advanced Compact Free-­Electron Lasers
  • 発表場所: 日仏会館（東京都渋谷区）
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of the melting of shock compressed Iron with XANES technique at LCLS (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ravasio, M. Harmand, A. Denoeud, A. Benuzzi-Mounaix, M. Koenig, T. Vinci, S. Mazevet, R. Musella, F. Guyot, G. Morard, F. Dorchies, C. Fourment, J. Gaudin, Y. Feng, D. Zhu, H.J. Lee, B. Nagler, E.C. Galtier, N. Ozaki, K. Miyanishi, S. Toleikis, J. Bouchet, V. Recoules, M. Nakatsutsumi, U. Zastrau
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2014-10-30 – 2014-10-30
• [学会発表] タングステンにおける負の空孔結合エネルギーの検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 荒河一渡, 山田哲也, 保田英洋, 森博太郎, 一色実, 三村耕司, 打越雅仁, Cosmin Marinica, Francois Willaime
  • 学会等名: 日本金属学会講演大会2014年秋季講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-26
• [学会発表] プリズマティック転位ループの一次元すべり拡散過程における量子効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 荒河一渡
  • 学会等名: 金属材料研究所ワークシ ョップ「照射材料研究、原子力材料研究のこれから」
  • 発表場所: 東北大学(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-07-21
• [学会発表] High Pressure, Research at Tuning Energy Density to Reveal or Control Properties of Extreme Matter (2014)
  • 著者名/発表者名: Norimasa Ozaki
  • 学会等名: Gordon Research Conference "High Pressure, Research at Tuning Energy Density to Reveal or Control Properties of Extreme Matter"
  • 発表場所: Biddeford, USA
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] Femtosecond laser shock processing of solids and its dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: 13th International Ceramics Congress (CIMTEC 2014)
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
  • 年月日: 2014-06-13 – 2014-06-13
• [学会発表] パワーレーザーを用いた超高圧と物質の世界 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅
  • 学会等名: 第６３期日本材料学会学術講演会 衝撃部門委員会
  • 発表場所: 福岡大学(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2014-05-16 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ転位の一次元すべり拡散における量子効果の検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 荒河一渡, 山田哲也, Cosmin Marinica, Laurent Proville, Francois Willaime, 田中信夫, 荒井重勇, 山本悠太, 保田英洋, 森博太郎, 網野岳文
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第70回学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-11
• [学会発表] Femtosecond Laser-driven Shock Processing of Solids and its Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Detection of interaction between defects in tungsten using high-voltage electron microscope (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Arakawa, T. Amino, H. Mori, H. Yasuda, S. Arai, N. Tanaka
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Direct Observation of Ultrafast Structural Change under Dynamic High Pressures (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Ozaki, T. Sano, Y. Kondo, T. Matsuoka, T. Matsuda, H. Habara, A. Hirose, Y. Inubushi, K. Ogawa, T. Okuchi, T. Katayama, O. Sakata,Y. Sano, T. Sato, T. Sato, Y. Sato, T. Sekine, T. Seto, K. A. Tanaka, Y. Tange, T. Togashi, K. Tono, T. Tsuchiya, M. Yabashi, T. Yabuuchi, K. Yamauchi, and R. Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Observation of material dynamics under laser-shock compression using in-situ x-ray diffraction (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, N. Ozaki, S. Iketani, M. Kita, Y. Kondo, K. Miyanishi, T. Ogawa, Y. Sakawa, T. Sano, Y. Tsung-Han, and R. Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Laser-shock Compression Experiments on Hydrocarbon in Mbar Pressure Range (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa, N. Ozaki, M. Millot, T. Sano, Y. Asaumi, S. Iketani, H. Uranishi, M. Kita, Y. Kondo, Y. Sato, K. Nakatsuka, K. Miyanishi, Y. Tsung-Han, R. Jeanloz, B. Militzer, G. W. Collins, J. Ryan Rygg, J. H. Eggert, P. Sterne, Y. Sakawa, and R. Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Laser-shock Compression of Liquid Mixtures to Planetary Interior Pressures and Temperatures (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kita, N. Ozaki, T. Okuchi, T. Kimura, T. Sano, K. Miyanishi, N. Yokoyama, Y. Asaumi, H. Uranishi, K. Nakatsuka, Y. Tsung-Han, Y. Kondo, T. Ogawa, S. Iketani, Y. Sato, Y. Sakawa, R. Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Status of Experimental Platform for Matter under Dynamical Compression Driven by 40 TW Laser Pulse in XFEL Facility (SACLA) (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuoka, N. Ozaki, T. Sano,T. Sato and R. Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] Development of a High-power Laser with a Pulse Shaping Function (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Jinno, K. Sueda, and R. Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-24 – 2014-04-24
• [学会発表] High Energy Density Science (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Kodama
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-22
  • 招待講演