研究課題
若手研究(A)
本研究課題は、これまでマクロな時間スケールでしか観察されたことのないカンラン石ポストスピネル相転移ダイナミクスの解明に向けた、X線自由電子レーザーを用いたフェムト秒時分割その場観察実験技術の開発、実験システムの構築・高度化を目的としている。初年度にあたる2013年度にはまず、研究課題を遂行する上で不可欠である装置開発を重点的に行った。実験はX線自由電子レーザー施設SACLAで行ったが、施設内に2013年度に新たに供用が開始されたSACLA/SPring-8相互利用施設に大阪大学光科学センターを中心とする研究グループによって導入された、40 TWロングパスルポンプレーザーおよび高強度レーザー衝撃圧縮実験用真空チャンバーを使用した。これら新たに整備された施設でレーザー照射後の遅延時間を変更しながら効率よく高精度のポンププローブ測定を行えるよう、試料ステージやホルダー類を新規に設計・作成し、実際にX線自由電子レーザーおよび高強度ポンプレーザーを用いた実験での使用を開始した。また同時に測定用試料の準備を円滑に行うため、ターゲット試料作成観察システムや各種金属スパッタ装置を整備した。SACLAでの実験は先述した大阪大学光科学センターを中心に、地球惑星科学関連としては広島大学、岡山大学、神戸大学の研究者からなるグループによる共同研究として行っている。2013年度には本研究の対象としているカンラン石に加え、地球科学的に重要な端成分の一つである石英についても予備的なポンププローブ測定を行い、本研究課題で新規に導入した試料ステージシステムのテストを行うと同時に改良開発を図った。予備実験ではハードウェア面だけでなく測定手法の開発・高度化も行い、良好な結果が得られた。
1: 当初の計画以上に進展している
当初課題遂行に必要だと考えていた整備すべきハードウェアのうち、高強度レーザー衝撃圧縮実験用真空チャンバーが大阪大学光科学センターグループを中心に新たにSACLA/SPring-8相互利用施設に整備されたため、本研究ではX線自由電子レーザーを用いた測定に、より直接的に関わる試料ホルダーステージシステムやターゲット試料準備システムの整備に集中できた。そのため計画は当初予定を大きく上回って進捗し、2年次以降の実施を計画していたX線自由電子レーザーを用いた高度な予備的測定をすでに実施できており、その結果も非常に良好であった。今後はこれまでにテストしてきたカンラン石や石英、各種単元素金属に加え様々な試料についてもレーザー衝撃圧縮を行い、相転移の超高速その場観察を試みる。
今後はこれまでにテストしてきたカンラン石や石英、各種単元素金属に加え様々な試料についてもレーザー衝撃圧縮を行い、相転移の超高速その場観察を試みる。これまで行ってきた実験では、レーザー衝撃圧縮された試料の状態を、ナノ秒以下の時分割で、空間的には数ミクロンの解像度でその場観察することに成功したものの、構造相転移に関しては、特定試料をもちいた特殊な条件でしか観察されておらず、酸化物やケイ酸塩鉱物ではまったく確認できていない。今後は明瞭な構造変化を観察するために、低圧相から高圧相への相転移だけでなく、あらかじめ大型プレスなどで合成しておいた高圧相を出発試料として使用した実験にも取り組む。また本研究の最終的な目的である高圧相転移の観察に向け、パルス幅の長い高強度レーザーの使用も開始する。
本研究課題では、整備する物品のうちX線自由電子レーザー施設で使用するものの多くが、実験機会ごとにテストを行い半年ごとに再設計し改良を加え高度化していく必要がある。そのため設備備品費として計上した基金分は初年度で使用しきらず2年次以降にも使用することとした。初年度に設計し使用を開始した試料ホルダーステージシステムに改良を加え、さらに円滑に実験を行うために複数個用意する。2013年後半に行われる実験に間に合わせるよう整備する。また薄膜状のターゲット試料を作成するため、自動精密切断機の整備を検討しており、2014年度の交付申請に計上してある。
すべて 2014 2013 その他
すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)
Nature Geoscience
巻: 7 ページ: 224-227
10.1038/ngeo2074
Journal of Geophysical Research: Solid Earth
巻: 119 ページ: 240-252
10.1002/2013JB010732
SPring-8 Research Frontiers 2012
巻: 2012 ページ: 96-97
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