2020 Fiscal Year Annual Research Report
Evolution of Attosecond Science by Next-generation Ultrashort-pulse Lasers
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18H05250
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
板谷 治郎 東京大学, 物性研究所, 准教授 (50321724)
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2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 極短パルスレーザー / アト秒科学 / 非線形光学 / 軟X線分光 / 超高速分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和２年度は、以下の三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アト秒軟X線分光：窒素K吸収端（光子エネルギー400eV）での過渡吸収分光を三原子分子N2Oに対して実施し、特徴的な二倍波振動（周期5.3fs）を観測した。この原因については理論研究者によるシミュレーションが進行中であるが、内核励起によって空軌道に遷移し、ゆるく分子に束縛した電子が強レーザー場でイオン化するためと解釈している。また、軟X線過渡吸収分光の対象を広げるために、常温で液体の有機分子サンプルを導入する機構を開発し、炭素K吸収端（光子エネルギー280eV）での吸収スペクトルを確認した。「水の窓」領域における水和分子の過渡吸収分光実現のために水薄膜ジェットの試作に着手し、1ミクロン程度の薄膜ジェットを大気中で発生させることに成功した。軟X線ビームラインに関しては、軟X線分光器の高度化を実施し、エネルギー分解能の向上を図った。また、軟X線アト秒パルスの時間幅を観測するための磁気ボトル型光電子分光器の開発に着手した。また、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行い、再散乱に伴う量子力学的なカットオフの存在を実証した。
（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：Yb固体レーザーを励起源として繰り返し10kHzで動作する光パラメトリック増幅器を開発し、中心波長2200nmで時間幅30fs程度の中赤外パルス発生に成功した。
（３）高強度中赤外光源の開発と固体のアト秒分光：Yb固体レーザーをベースとした中赤外光パラメトリック光源を開発し、波長7-17ミクロン帯でキャリア・エンベロープ位相安定な中赤外パルス発生に成功し、ディラック半金属におけるTHｚ高調波発生実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アト秒軟X線分光に関しては、炭素K吸収端および窒素K吸収端を利用した軟X線過渡吸収分光が定常的に可能となり、小さな分子からより大きな分子、あるいは、溶液中の水和分子などへの対象拡大が急務となった。このような観点から、軟X線分光器のエネルギー分解能の向上に加えて、常温で液体の有機分子や水和分子などの多様なサンプルを扱うための要素技術開発を集中的に実施し、ビームラインの高度化を順調に進めた。また、アト秒軟X線パルスの波形計測のための磁気ボトル型光電子分光器の開発も順調に進んでいる。トンネルイオン化に伴う再散乱現象は強レーザー場中での原子分子におけるもっとも基本的な電子過程であるが、そのカットオフ構造の詳細な計測を行った結果、トンネルイオン化に伴う量子力学的な電子のふるまいが明らかとなった。この成果は、計画当初には想定していなかったものである。Yb固体レーザーを励起源とした光源開発については、前年度に引き続き中赤外域の光パラメトリック増幅器の開発を進め、波長2.2ミクロン帯で30フェムト秒の高強度極短パルスを得た。高強度中赤外光源を用いた固体のアト秒分光に関しては、従来よりもさらに長波長側となる波長7～17ミクロン帯での位相安定な中赤外パルス発生に成功し、固体分光への応用実験を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
アト秒軟X線分光に関しては、有機分子および水和分子を対象とした実験に挑戦する。そのために、水薄膜ジェットを真空チャンバー中へ導入する機構を開発する。有機分子を対象としたアト秒軟X線分光では可視～紫外域の極短パルスが必要であり、その光源開発も進める。さらに、開発中の磁気ボトル型光電子分光器を軟X線ビームラインに導入し、軟X線アト秒パルスの波形計測に着手する。
Yb固体レーザーを励起源とした高繰り返し光源の開発に関しては、波長１ミクロン励起の中赤外光パラメトリック増幅器の短パルス化と、高次高調波発生用ビームラインの開発を進める。また、極短紫外領域でのアト秒パルス発生のために、Yb固体レーザーの二倍波で励起される広帯域光パラメトリック増幅器の開発に着手する。
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[Journal Article] Detecting electron-phonon coupling during photoinduced phase transition2021
Author(s)
Takeshi Suzuki, Yasushi Shinohara, Yangfan Lu, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Kenichi L. Ishikawa, Hide Takagi, Minoru Nohara, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Takashi Mizokawa, Shik Shin, and Kozo Okazaki
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 103
Pages: L121105-1-6
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Role of virtual band population for high harmonic generation in solids2020
Author(s)
Yasuyuki Sanari, Hideki Hirori, Tomoko Aharen, Hirokazu Tahara, Yasushi Shinohara, Kenichi L. Ishikawa, Tomohito Otobe, Peiyu Xia, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Shunsuke A. Sato, and Yoshihiko Kanemitsu
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Journal Title
Phys. Rev. B (Rapid Communication)
Volume: 102(4)
Pages: 041125(R)-1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 時間分解ARPESで調べる電荷密度波物質 VTe2の光誘起トポロジカル表面状態2021
Author(s)
三石夏樹, 鈴木剛, 上谷学, 渡邉真莉, 任千慧, 劉珂成, 藤澤正美, 金井輝人, 板谷治郎, 酒井英明, 高橋英史, 石渡晋太郎, 岡崎浩三, 辛埴, 石坂香子
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] Regulation of asymmetric interlayer distributions of carriers in Twisted Bilayer Graphene and dynamics2021
Author(s)
Yuhao Zhao, Takeshi Suzuki, Takushi Iimori, Sung Joon Ahn, Joung Real Ahn, Jiadi Xu, Qianhui Ren, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Hirokazu Fukidome, Fumio Komori, Iwao Matsuda
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] 高次高調波レーザー時間角度分解光電子分光を用いたSmSの価数転移ダイナミクス2021
Author(s)
中村拓人, 渡邊浩, 鈴木剛, 任千慧, 劉珂成, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三, 井村敬一郎, 鈴木博之, 佐藤憲昭, 木村真一
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] Attosecond Transient Absorption Spectroscopy of Diatomic and Triatomic Molecules at 400 eV2020
Author(s)
Nariyuki Saito, Hiroki Sannohe, Nobuhisa Ishii, Nicolas Douguet, Teruto Kanai, Nobuhiro Kosugi, Yi Wu, Andrew Chew, Seunghwoi Han, Barry Schneider, Jeppe Olsen, Luca Argenti, Zenghu Chang, and Jiro Itatani
Organizer
High-brightness Sources and Light-driven Interactions Congress / High-Intensity Lasers and High-field Phenomena (HILAS)
Int'l Joint Research
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