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プラズマ誕生の瞬間を観測 国際チームがX線自由電子レーザー照射によるプラズマ生成機構を解明

 東北大学多元物質科学研究所上田潔教授・福澤宏宣助教のグループ、京都大学大学院理学研究科永谷清信助教のグループ、ドイツのハイデルべルグ大学のローレンツ・セダーバウム教授のグループ、広島大学大学院理学研究科和田真一助教のグループ、理化学研究所放射光科学研究センターXFEL研究開発部門ビームライン研究開発グループ矢橋牧名グループディレクター及び高輝度光科学研究センターXFEL利用研究推進室先端光源利用研究グループ実験技術開発チーム登野健介チームリーダー等による合同研究チームは、X線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAから供給される非常に強力なX線の照射によって、物質からプラズマが誕生する瞬間を捉えることに成功しました。
 XFELはわずか10フェムト秒(1フェムト秒は千兆分の1秒)の照射時間という極短パルスを生成する超高強度X線源です。XFELを用いるとこれまでは見ることが出来なかった超高速・超微細な現象を見ることができるため、ライフサイエンスやナノテクノロジー・材料分野をはじめとする幅広い科学技術分野でXFELの利用研究が期待されています。XFELを物質に照射すると、物質の種類を問わず、プラズマが生成します。XFELの有効利用のためには、このプラズマ生成機構とその時間スケールを知ることが不可欠です。
 今回の研究では、プラズマの誕生の瞬間に着目し、XFEL照射後、わずか数百フェムト秒の短時間で起こるプラズマ生成過程を観測することに成功しました。また、理論計算で観測結果を再現し、励起原子がプラズマ生成のごく初期段階におけるエネルギーと電荷の移動に重要な役割を担っていることを明らかにしました。
 本研究で得られた超高強度X線と物質との相互作用が誘起する超高速現象に関する新たな知見は、今後のXFEL利用研究に不可欠であると思われます。
 本研究の成果は、2018年8月2日午前10時(米国東部夏時間)に発行された米国の科学雑誌『Physical Review X』に掲載されました。
プレスリリース本文(PDF)

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論文情報:
“Following the birth of a nanoplasma produced by an ultrabrief hard-x-ray laser in xenon clusters”
Yoshiaki Kumagai, Hironobu Fukuzawa, Koji Motomura, Denys Iablonskyi, Kiyonobu Nagaya, Shin-ichi Wada, Yuta Ito, Tsukasa Takanashi, Yuta Sakakibara, Daehyun You, Toshiyuki Nishiyama, Kazuki Asa, Yuhiro Sato, Takayuki Umemoto, Kango Kariyazono, Edwin Kukk, Kuno Kooser, Christophe Nicolas, Catalin Miron, Theodor Asavei, Liviu Neagu, Markus Schöffler, Gregor Kastirke, Xiao-jing Liu, Shigeki Owada, Tetsuo Katayama, Tadashi Togashi, Kensuke Tono, Makina Yabashi, Nikolay V.Golubev, Kirill Gokhberg, Lorenz S. Cederbaum, Alexander I. Kuleff, and Kiyoshi Ueda
Physical Review X8, 031034(2018)
DOI: 10.1103/PhysRevX.8.031034

関連リンク:
東北大学
京都大学大学院理学研究科
広島大学大学院理学研究科
理化学研究所
高輝度光科学研究センター

問い合わせ先

(研究に関すること)
東北大学多元物質科学研究所
教授 上田 潔(うえだ きよし)
電話:022-217-5381
E-mail:kihoshi.ueda.a2*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

(報道に関すること)
東北大学多元物質科学研究所 広報情報室
電話:022-217-5198
E-mail:press.tagen*grp.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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