自由電子レーザー利用実験に向けた金属・半導体クラスター源の開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23600006
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 永谷 清信 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30273436)
• キーワード: 自由電子レーザー / クラスター

研究概要

FEL実験に向けた試料導入として、超音速ジェットを用いた巨大希ガスクラスター源および、高融点元素クラスター源の開発を進めた。希ガスクラスターの生成には、既存のパルスバルブを用いた装置を改造し、原子数数千から数万程度および、数千万以上となるサイズの異なるクラスターを生成可能な装置を制作した。特に巨大クラスター生成装置では、クラスター源の中のオリフィス形状の最適化を行った。高融点元素クラスター源としては、ナノ秒のパルス幅を持つ高強度YAGレーザーを用いるレーザーアブレーション型の装置を制作し、性能評価を進めた。
上記の装置の内、希ガスクラスター源を日本のXFEL施設SACLAに設置して、アルゴンとキセノンのクラスターについて、XFELと光学レーザーのポンプ－プローブ計測による時分割計測を行った。粒子サイズが数千個程度の希ガスクラスターに、遅延時間を変えながらXFELと赤外レーザーを照射することで、明瞭なイオンや電子信号の増大を観測することに成功した。XFELと赤外レーザーがオーバーラップする際に、XFELによって生成したナノプラズマの表面プラズマ共鳴に起因すると考えられイオン増大を観測した。一方で、ポンプ－プローブ計測の比較的遅い遅延時間において、ナノプラズマ中の電子とイオンの再結合に伴う低価数イオンの増大の観測にも成功した。これらの遅延時間応答は、XFEL強度に加えて、クラスターサイズに対しても顕著な依存性が見られており、実験結果からXFELによるナノプラズマ形成と消滅の時定数を含む詳細なダイナミクスについての議論が可能となると期待される結果が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Pulse delay effect in angular distribution of near-threshold EUV+IR two-photon ionization of Ne (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Mondal, H. Fukuzawa, K. Motomura, T. Tachibana, K. Nagaya, T. Sakai, K. Matsunami, S. Yase, M. Yao, S. Wada, H. Hayashita, N. Saito, C. Callegari, K. Prince, C. Miron, M. Nagasono, K. L. Ishikawa, A. K. Kazansky, N. M. Kabachnik and K. Ueda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 89 ページ: 013415-1,-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.89.013415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusual Under-threshold Ionization of Neon Clusters Studied by Ion Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nagaya, A. Sugishima, H. Iwayama, H. Murakami, M. Yao, H. Fukuzawa, X.-J. Liu, K. Motomura, K. Ueda, N. Saito, L. Foucar, A. Rudenko, M. Kurka, K.-U. Kühne, J. Ullrich, A. Czasch, R. Dörner, R. Feifel, M. Nagasono, A. Higashiya, M. Yabashi, T. Ishikawa, T. Togashi, H. Kimura, and H. Ohashi
  • 雑誌名: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 巻: 46 ページ: 164023-1,-5
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/16/164023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frustration of photoionization of Ar nanoplasma produced by extreme ultraviolet FEL pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H Iwayama, K Nagaya, M Yao, H Fukuzawa, X-J Liu, G Pruemper, K Ueda, K Motomura, K. Ueda, N Saito, A Rudenko, L Foucar, M Nagasono, A Higashiya, M Yabashi, T Ishikawa, H Ohashi and H Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 巻: 46 ページ: 164019-1,-5
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/16/164019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep inner-shell multiphoton absorption by intense x-ray free-electron laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Fukuzawa, S.-K. Son, K. Motomura, S. Mondal, K. Nagaya, S. Wada, X.-J. Liu, R. Feifel, T. Tachibana, Y. Ito, M. Kimura, T. Sakai, K. Matsunami, H. Hayashita, 他20名
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 110 ページ: 173005-1,-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.173005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crossover in the Photo-ionization Processes of Ne Clusters with Increasing EUV-FEL Intensity (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yase, K. Nagaya, Y. Mizoguchi, M. Yao, H. Fukuzawa, K. Motomura, A. Yamada, Ri Ma, K. Ueda, N. Saito, M. Nagasono, T. Togashi, K. Tono, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Ohashi, and Y. Senba
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 88 ページ: 043203-1,-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.88.043203
  • 査読あり
• [学会発表] SACLAのフェムト秒XFELパルスによる原子・分子・クラスターの 多光子吸収ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 永谷清信
  • 学会等名: SPring-8利用ワークショップ --SPring-8とユーザーのさらなる連携を目指して
  • 発表場所: SPring8 上坪講堂 （兵庫県佐用郡）
  • 年月日: 20140201-20140202
  • 招待講演
• [学会発表] SCSS試験加速器による希ガスクラスターからのナノプラズマ生成とダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 永谷清信
  • 学会等名: 軟X線光化学研究会
  • 発表場所: SPring8 上坪講堂 （兵庫県佐用郡）
  • 年月日: 20140131-20140201
  • 招待講演
• [学会発表] EUV-FELパルス照射によるネオン・クラスターのナノプラズマ化とダイナミクス計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永谷清信
  • 学会等名: 第27回放射光学会年会・放射光化学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場 （広島県広島市）
  • 年月日: 20140114-20140114
• [学会発表] Nano-plasma Formation and Thermal Electron Emission of Neon Clusters Induced by Extreme Ultraviolet Free Electron Laser Pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nagaya, S. Yase, Y. Mizoguchi, M. Yao, H. Fukuzawa, K. Motomura, A. Yamada, R. Ma, K. Ueda, N. Saito, A. Rouzee , A. Hundertmark, M. Vrakking , P. Johnsson, M. Nagasono, T. Togashi, K. Tono, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Ohashi, Y. Senba.
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 20130724-30
• [学会発表] Electron Spectroscopic Study of Multiple Photoionization Processes of Xe Clusters by Intense EUV-FEL Pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nagaya, K. Matsunami, T. Sakai, S. Yase, M. Yao, H. Fukuzawa, K. Motomura, K. Ueda, S. Wada, H. Hayashita,, N. Saito, M. Nagasono, T. Togashi, K. Tono , M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Ohashi , Y. Senba.
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 20130724-30
• [学会発表] Dynamics of multiple photoionization of rare-gas clusters caused by intense EUV-FEL pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nagaya.
  • 学会等名: VI International Symposium on Atomic Cluster Collisions (ISACC 2013)
  • 発表場所: Wuhan-Chongqing, China
  • 年月日: 20130718-23