2024/04/26 更新

写真a

ニイクラ　ヒロミチ
新倉　弘倫
News & Topics
所属
理工学術院 先進理工学部
職名
教授
学位
博士（理学） ( 総合研究大学院大学 )
ホームページ
https://niikura.w.waseda.jp/
プロフィール

研究分野は「アト秒科学」　研究室ホームページ　　アト秒科学　かんたん解説

アト秒科学の解説スライド(2023.10update)

簡単なアト秒科学の解説スライドです。アト秒科学の歴史や「なんで・どうやってアト秒を発生・測定するの？などが書かれています。

・再衝突電子を用いたアト秒時間領域でのダイナミックス測定法の開発
・アト秒レーザーパルスを用いた、位相分解の波動関数イメージング法の開発

などを行っています。実験室は早稲田大学51号館のB1にあり、2017年に
Science誌に掲載された研究も、ここで行われたものです（責任著者・最終著者）

-----------業績かんたんまとめ--------------------------------------------------------------------------------
「再衝突電子を用いたアト秒物理」(attosecond re-collision physics)の構築に貢献し、アト秒科学の新しい方法を開発した。
2002年に、レーザー電場1周期以内に再衝突する電子の空間構造・時間構造を同定し(Nature 417, 917 (2002))、また
2003年には再衝突電子を用いて、分子の構造変化（振動波束運動）をアト秒の時間分解能で測定した(Nature 421, 826 (2003))。
また、2004年、2005年には、原子や分子内を運動するアト秒電子波束を測定する方法を提案し
（アト秒高次高調波分光）(Nature 432 , 867 (2004) & Phys. Rev. Lett. 93, 083003 (2005) )、
2011年には分子内の電子波束運動を測定する方法を開発した（Phys. Rev. Lett. 107, 093004 (2011))。
近年では、アト秒レーザーパルスを用いた位相分解・電子波動関数イメージング法の開発を行っている(Science 356, 1150 (2017))。

総説：H. Niikura and P. Corkum,"Attoecond and Angstrom Science",
Advances in Atomic, Molecular and OpticalPhysics, 54, 511 (2007).
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最新の論文

"High-resolution attosecond imaging of an atomic electron wavefunction in momentum space"
Takashi Nakajima, Tasuku Shinoda, D. M. Villeneuve, and Hiromichi Niikura
Phys. Rev. A 106, 063513 (2022).

解説スライド「アト秒レーザーを用いた複素数の電子波動関数の可視化」

☆電子は粒として観測されて、粒が集まると電子波動関数（の自乗）の
イメージになることを測定した動画。（マックスボルンの確率解釈）
https://www.youtube.com/watch?v=us7zeTjTJBo
アト秒パルス列と高強度レーザーにより、特定の量子状態を選択的に
イオン化して測定したものです。

https://www.youtube.com/watch?v=AZsJUSxru_0
こちらは波動関数の位相をわけて測定した動画（ＪＳＴ日本科学未来館）です。

 

 

経歴

  • 2015年04月
    -
    　

    早稲田大学   先進理工学部応用物理学科   教授

  • 2010年
    -
    2015年03月

    早稲田大学   先進理工学部応用物理学科   准教授

  • 2011年
    -
    2012年03月

    京都大学   エネルギー理工学研究所   客員准教授

  • 2008年
    -
    2012年

    カナダ国立研究機構・科学技術振興機構   さきがけ研究員（2010-2012は兼任）

  • 2004年
    -
    2008年

    カナダ国立研究機構・科学技術振興機構   さきがけ研究員（専任）

  • 2003年
    -
    2004年

    カナダ国立研究機構   JSPS 海外特別研究員

  • 2000年
    -
    2003年

    カナダ国立研究機構   NSERC 博士研究員

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学歴

  • 1997年04月
    -
    2000年03月

    総合研究大学院大学   数物科学研究科   構造分子科学専攻  

  • 1995年04月
    -
    1997年03月

    京都工芸繊維大学大学院   工芸科学研究科   高分子学専攻  

  • 1991年04月
    -
    1995年03月

    京都工芸繊維大学   繊維学部   高分子学科  

研究キーワード

  • 高強度レーザー・アト秒・分子動力学

受賞

  • 日本学術振興会賞

    2013年02月   日本学術振興会   アト秒時間分解能での分子の波動関数変化測定  

    受賞者： 新倉弘倫

  • 文部科学大臣表彰 科学技術賞（研究部門）

    2012年04月   文部科学省   再衝突電子を用いたアト秒分子ダイナミックスの研究  

    受賞者： 新倉弘倫

メディア報道

  • 電子の「真の姿」捉える 波動関数を可視化、早稲田大学

    インターネットメディア

    執筆者： 本人以外  

    日本経済新聞（ウエブ版）  

    2023年01月

  • 「アト秒レーザー」広がる応用 日本の人材・技術力光る

    新聞・雑誌

    執筆者： 本人以外  

    日経産業新聞  

    2022年06月

 

論文

  • High-resolution attosecond imaging of an atomic electron wave function in momentum space

    Takashi Nakajima, Tasuku Shinoda, D. M. Villeneuve, Hiromichi Niikura

    Physical Review A   106 ( 6 ) 063513-1 - 063513-11  2022年12月  [査読有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

    DOI

  • Complete characterization of attosecond photoelectron wave packets

    D. M. Villeneuve, Peng Peng, Hiromichi Niikura

    Physical Review A   104 ( 5 ) 053526  2021年11月  [査読有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

    DOI

  • Selection of the magnetic quantum number in resonant ionization of neon using an XUV-IR two-color laser field

    Serguei Patchkowskii, Marc Vrakking, David Villeneuve, Hiromichi Niikura

    Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics   53   134002  2020年06月  [査読有り]  [招待有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

  • High conversion efficiency of an optical parametric amplifier pumped by 1 kHz Ti:Sapphire laser pulses for tunable high-harmonic generation

    A.Yu.Naumov, D.V.Villeneuve, Hiromichi Niikura

    Optics Express   28   4088 - 4098  2020年02月  [査読有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

  • Population transfer to high angular momentum states in infrared-assisted XUV photoionization of helium

    Mayer, Nicola, Peng, Peng, Villeneuve, David, Patchkowskii, Serguei, Ivanov, Mikhail, Kornilov, Oleg, Vrakking, Marc, Niikura, Hiromichi

    Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics   ( 53 ) 164003  2020年  [査読有り]  [招待有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

  • Coherent imaging of an attosecond electron wave packet

    Villeneuve, D. M, Hockett, Paul, Vrakking, M. J.J, Niikura, Hiromichi

    Science   356 ( 6343 ) 1150 - 1154  2017年06月  [査読有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

    　概要を見る

    Electrons detached from atoms or molecules by photoionization carry information about the quantum state from which they originate, as well as the continuum states into which they are released. Generally, the photoelectron momentum distribution is composed of a coherent sum of angular momentum components, each with an amplitude and phase. Here we show, by using photoionization of neon, that a train of attosecond pulses synchronized with an infrared laser field can be used to disentangle these angular momentum components. Two-color, two-photon ionization via a Stark-shifted intermediate state creates an almost pure f-wave with a magnetic quantum number of zero. Interference of the f-wave with a spherically symmetric s-wave provides a holographic reference that enables phase-resolved imaging of the f-wave.

    DOI

    Scopus

    98
    被引用数
    (Scopus)

  • Contribution of multiple electron trajectories to high-harmonic generation in the few-cycle regime

    Naumov, A. Yu, Villeneuve, D. M, Niikura, Hiromichi

    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics   91 ( 6 )  2015年06月  [査読有り]

    担当区分：最終著者, 責任著者

    　概要を見る

    © 2015 American Physical Society. We use a few-cycle, carrier-envelope-phase (CEP) stabilized laser system to generate high-harmonic emission in argon, neon, and carbon dioxide. The high-harmonic spectra consist of discrete harmonic orders whose positions shift as a function of the CEP. Near the cutoff harmonic, the peaks are separated by two photon orders, and can correspond to either even or odd harmonics of the driving laser frequency, depending on the value of the CEP. In the plateau region, harmonic orders are separated by only one photon order. We develop a simple model which predicts the observed behavior. We use the observed dependence of the harmonic peaks as a function of CEP as a method to measure the statistical CEP fluctuations of the laser system. The measured rms fluctuation of 0.17 radians agrees with optical measurements. The high-harmonic approach to measuring CEP stability has the advantage that it is less sensitive to laser intensity fluctuations than are optical methods.

    DOI

    Scopus

    8
    被引用数
    (Scopus)

  • Order-dependent structure of high harmonic wavefronts

    E. Frumker, G.G. Paulus, H. Niikura, A. Naumov, D.M. Villeneuve, P.B. Corkum

    Optics Express   20   13870 - 13877  2012年  [査読有り]

  • Extracting Electron-Ion Differential Scattering Cross Sections for Partially Aligned Molecules by Laser-Induced Rescattering Photoelectron Spectroscopy

    M. Okunishi, H. Niikura, R.Luccese, T. Morishita, K. Ueda

    Physical Review Letters   106   063001  2011年  [査読有り]

  • Probing the Spatial Structure of a Molecular Attosecond Electron Wave Packet Using Shaped Recollision Trajectories

    Niikura, Hiromichi, Woerner, Hans Jakob, Villeneuve, D. M, Corkum, P. B

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   107 ( 9 )  2011年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者, 責任著者

    DOI

    Scopus

    62
    被引用数
    (Scopus)

  • Mapping molecular orbital symmetry on high-order harmonic generation spectrum using two-color laser fields

    H. Niikura, N.Dudovich, D.M.Villeneuve, P. B. Corkum

    Physical Review Letters   105   053003  2010年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者

  • Frequency-resolved high-harmonic wavefront characterization

    E. Frumker, G.G. Paulus, H. Niikura, A. Naumov, D.M. Villeneuve, P.B. Corkum

    Optics Letters   34   3026 - 3028  2009年  [査読有り]

  • Observation of electronic structure minima in high-harmonic generation

    Hans JakobWorner, H. Niikura, J.B. Bertrand, P.B. Corkum, D.M. Villeneuve

    Physical Review Letters   102   103901  2009年  [査読有り]

  • Attosecond strobing of two-surface population dynamics in dissociating H2+

    A. Staudte, D. Pavii, S. Chelkowski, D. Zeidler, M. Meckel, H. Niikura, M. Schoffler, S. Schossler, B. Ulrich, P. P. Rajeev, Th. Weber, T. Jahnke, D. M. Villeneuve, A. D. Bandrauk, C. L. Cocke, P. B. Corkum, R. Dorner

    Physical Review Letters   98   073003  2007年  [査読有り]

  • Controlling vibrational wave packets with intense, few-cycle laser pulses

    H. Niikura, D. M. Villeneuve, P. B. Corkum

    Physical Review A   73   021402(R)  2006年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者, 責任著者

  • Mapping attosecond electron wave packet motion

    H. Niikura, D. M. Villeneuve, P. B. Corkum

    Physical Review Letters   94   083003  2005年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者, 責任著者

  • Stopping a vibrational wave packet with laser induced dipole forces

    H. Niikura, D. M. Villeneuve, P. B. Corkum

    Physical Review Letters   92   133002  2004年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者, 責任著者

  • Tomographic Imaging of Molecular Orbitals

    J. Itatani, J. Levesque, D. Zeidler, H. Niikura, H. Pepin, J. C. Kieffer, P. B. Corkum, D. M. Villeneuve

    Nature   432   867 - 871  2004年  [査読有り]

  • Controlling vibrational wave packet motion with intense modulated laser fields

    H. Niikura, P. B. Corkum, D. M. Villeneuve

    Physical Review Letters   90   203601  2003年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者

  • Probing molecular dynamics with attosecond resolution using correlated wave packet pairs

    H. Niikura, F. Legare, R. Hasbani, M. Ivanov, D. M. Villeneuve, P. B. Corkum

    Nature   421   826 - 829  2003年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者

  • Sub-laser-cycle electron pulses for probing molecular dynamic

    H. Niikura, F. Legare, R. Hasbani, M. Ivanov, A. D. Bandrauk, D. M. Villeneuve, P. B. Corkum

    Nature   417   917 - 922  2002年  [査読有り]

    担当区分：筆頭著者

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • アト秒高分解能位相イメージング波動関数測定法による多電子光イオン化の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)

    研究期間:

    2023年04月
    -
    2028年03月
     

    新倉 弘倫

  • アト秒位相分解波動関数イメージング法による新規な量子選択性の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(A))

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2023年03月
     

  • 電子波束を生成する複数準位からのアト秒トンネルイオン化過程の新規物理モデル構築

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)

    研究期間:

    2013年04月
    -
    2016年03月
     

    新倉 弘倫, 森下 亨, 岩倉 いずみ

    　概要を見る

    赤外の高強度レーザーパルスによる複数準位の関与するイオン化過程の機構解明と制御のために、新たなアト秒光学系および測定法と理論的な構築を行った。初めに配向した気相分子に対して２波長高強度レーザーによる二次元高次高調波分光法を適用し、配向の制御によって複数準位のイオン化過程の測定とその制御を行った。またアト秒高次高調波と同期した高強度レーザーパルスによるイオン化過程に関して、特異的な量子状態制御が行われることを明らかにし、さらに位相を区別した波動関数イメージングを行った。同時にレーザー電場中の複数準位が関与するトンネルイオン化過程について多電子の効果を取り入れた理論的な定式化を行った。

  • 金属ナノ先端におけるアト秒電場イオン化過程の研究

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2013年03月
     

    　概要を見る

    金属ナノ先端からの超短高強度レーザーパルス照射に伴う電子放出過程を実験的方法を用いて研究した。直径が20nmのタングステンチップの先端に、35フェムト秒および6フェムト秒の高強度レーザーパルスを照射し、放出された電子のエネルギー分布を測定したところ、とびとびのスペクトルが観測された。また、ポンプ・プローブ法により時間分解測定を行った結果、放出される電子の収量に時間依存性が見られることがわかった

  • 軟Ｘ線レーザーによる時間分解分子軌道イメージング

    科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業「さきがけ」

    研究期間:

    2008年
    -
    2012年
     

  • 再衡突電子を用いたアト秒分子内電子波束の測定

    科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業「さきがけ」

    研究期間:

    2004年
    -
    2008年
     

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現在担当している科目

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社会貢献活動

  • 第八回日仏先端科学（JFFOS)シンポジウム

    日本学術振興会  JFFOS参加研究者（なお「社会貢献活動」のカテゴリーかどうかは不明） 

    2014年01月
    -
    　

他学部・他研究科等兼任情報

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所・附属機関兼任歴

  • 2022年
    -
    2024年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

特定課題制度（学内資金）

  • 短焦点アト秒極端紫外光学系の構築

    2023年  

    　概要を見る

    アト秒レーザーパルス（高次高調波）は、極檀紫外領域の波長領域であり、気相の原子や分子に照射することで生成する。生成した高次高調波は、赤外光などと組み合わせて、再度、気体や固体などの試料に集光し、イオン化過程により発生した光電子や、また試料を透過または反射したときに生じる吸収スペクトルとなどを時間分解で測定することで、試料内部やイオン化に伴う電子ダイナミックスなどを測定する。これまで当研究室では、アト秒パルスを集光するための光学系として、焦点距離２７０ｍｍのトロイダルミラーを使用していた。広がったパルスを再度集光するため、ミラーから資料までの距離はその倍の５４０ｍｍである。本研究課題では、より集光点の大きさを小さくし、資料と高次高調波との相互作用領域を減少させ、かつ高次高調波の強度をあげることを計画した。そのため、・いったん広がった高次高調波パルスを平行光に戻し、平行光のままで別な真空チャンバーまでガイドして、そこから再度、集光するという光学系の構築を続いて行った。光学系には、放出された光電子の運動量分布測定のためのvelocitymap imaging装置と、その領域を通過した高次高調波のスペクトルを測定するための分光計を設置する。それぞれ、VMIおよび分光計ではCCDカメラで、スペクトルを測定する。また、時間分解測定のためには、赤外パルスなどと高次高調波との時間差をアト秒精度で変化させる。これらは、コンピューターで制御される。その制御のためのプログラムの作成を行った。これらの光学系と測定制御系は、引き続き、構築をつづける予定である。

  • アト秒レーザーパルスによる光イオン化制御装置の作成

    2023年  

    　概要を見る

    気相の原子などに高強度のフェムト秒レーザーパルスを照射すると、極端紫外領域のアト秒レーザーパルス列（高次高調波）が発生する。発生した高次高調波と、赤外レーザーパルスなどを組み合わせて、気体の試料に集光して発生した光電子の運動量分布を測定することにより、原子や分子の電子ダイナミクスをアト秒精度で測定することができる。本研究者は新規に開発した方法により、気相原子から発生した光電子の波動関数の運動量空間での位相と振幅の分布を測定することに成功している。この方法は、新規開発の二次元アト秒光学系により、異なる波長の高次高調波のコヒーレント制御を用いたものである。本研究課題では、この二次元アト秒分光法を、原子や分子の光イオン化過程のイオン測定に対して適用する装置系を開発することを目的とした。具体的には、光電子を測定するためのマイクロチャンネルプレートを、光イオン化測定用に変換したものを用い、それを新たなvelocitymap imaging用の電極に組み込む。今回はこれらの準備を行い、またアト秒（高次高調波）パルスと赤外レーザーパルスの時間差を、アト秒精度での時間差を保ったままで、数十フェムト秒～数百フェムト秒まで変化させることができる光学系の構築を行い、実際に測定によりその安定性が保たれていることを確認した。

  • XUV励起によりアシストされた多光子イオン化過程の研究

    2022年  

    　概要を見る

    アト秒高次高調波は、極端紫外領域の波長（エネルギー）を持ち、一光子で原子や分子をイオン化することができる。高次高調波と赤外レーザーパルスをあわせて原子などをイオン化することで、光イオン化の時間差などが測定されている。本研究課題では、高次高調波のエネルギーをイオン化閾値よりも下に制限し、そこからさらに赤外光を加えた場合の気相原子のイオン化過程の角度依存性について検討した。

  • 固体からの光電子放出におけるアト秒位相イメージング法の新規開発

    2021年   篠田祐, 中嶋孝史

    　概要を見る

    本研究課題では、極端紫外領域のアト秒レーザーパルスと赤外光強度レーザーパルスを用いて、光イオン化によって生成した光電子の波動関数測定を様々な試料に適用する方法を開発することを目的とする。アト秒レーザーパルスの波長範囲を限定し、かつ赤外光との重ねあわせによるイオン化過程が可能な、極端紫外用の時間分解アト秒分光システムをデザインし、そのための特殊な光学ミラーを検討し作成した。測定される光電子の位相は、原子（試料）の光遷移過程によって決まる原子位相と、アト秒レーザーパルス自体のもつスペクトル位相との和である。その二つをわける方法を開発し、論文発表とプレスリリースを行った。

  • アト秒高次高調波を利用した光イオン化過程の研究

    2019年  

    　概要を見る

    波長約790nmの高強度のレーザーパルス（基本波）とその二倍波を希ガスに集光し、極端紫外領域にエネルギー領域を持つアト秒高次高調波を発生した。高次高調波を赤外レーザーパルスとともに希ガスに照射し、放出された光電子の運動量分布をVelocity Map Imaging法で測定した。基本波と二倍波との時間差や、発生効率を変えることで、高次高調波のスペクトルを制御し、どのように光電子の運動量分布が変化するのかを測定した。

  • 高精度アト秒時間分解光電子運動量イメージング法による電子相関過程の研究

    2016年  

    　概要を見る

    アト秒時間精度で、原子や分子の電子波動関数（電子波束）の変化を直接イメージング測定することはアト秒科学の目標の一つである。本研究課題では、高強度レーザーパルス中における気相の原子の光イオン化に伴う電子相関過程をイメージングすることを目的として、その基礎となる実験と計算プログラムの開発を行った。具体的には、アト秒高次高調波と高強度のレーザーパルスを数十アト秒の精度で組み合わせて原子に照射し発生した光電子の運動量分布を測定した。ここで、放出される電子の運動量分布がどのような量子状態の重ねあわせからなるのかを、測定データから構成する方法とその簡易な計算を行った。

  • 高強度数サイクルレーザーパルスの発生

    2015年  

    　概要を見る

    高強度の赤外の数サイクルパルスを気相の原子や分子に照射すると、アト秒パルスを含んだ高次高調波が発生する。より高強度の数サイクルパルスを発生できれば、それだけ高強度のアト秒パルスを得ることが可能になるが、より単一のアト秒パルスを発生することが困難になる。高次高調波のスペクトルは、元の数サイクルパルスのパルス幅とキャリアエンベロープ位相(CEP)に依存するので、本研究では、数サイクルパルスのパルス幅とCEPに応じてどのようにスペクトルが変化するのかを数値シミュレーションした。その結果、パルス幅に応じて、スペクトルのCEP依存性が顕著に変わることがわかった。

  • 極端紫外アト秒パルスによるナノ尖端の時間分解光電子分光法の開発

    2015年  

    　概要を見る

    金属ナノ尖端から放出される光電子のアト秒時間分解分光を目指して、アト秒高次高調波と赤外レーザーパルスを用いた光電子分光装置を開発・改良した。これまで、プローブ用の赤外パルスが、高次高調波を発生させる赤外パルスとわずかに干渉することにより、低エネルギー側での時間分解測定が困難だったが、まずより取り扱いの簡単な希ガスを試料として、アト秒光学系と測定系の改良を行った。その結果、希ガスや分子の試料において、z０エネルギーに近いところから数十eVの範囲において、数十アト秒の時間精度で、放出された光電子運動量分布をVelocity MapImaging法で安定に測定することが可能になった。

  • アト秒電子及び核波束制御による局在化した分子軌道ダイナミックスの直接測定

    2014年  

    　概要を見る

    分子軌道の広がりや対称性は、化学反応の選択性や反応性、分子構造などに影響する。化学反応における分子軌道の変化を時間分解で測定することを目的として、高強度赤外レーザーパルスとそれから発生させた極端紫外領域の高次高調波を用いた光学系を作成した。6.0mJ/pulse, 1KHz, 35fsのキャリアエンベロープ位相が安定化した赤外レーザーパルスを高強度で5fsにパルス圧縮し、希ガスに集光することで高次高調波を発生させた。発生した高次高調波と電場位相が安定化した基本波を再度、試料ガスに集光して、放出された光電子の角度分布の時間変化を測定した。今後、より大きな分子に対して測定を行う予定である。

  • アト秒軟Ｘ線レーザーによる多電子トンネルイオン化過程の研究

    2012年  

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    本課題では高強度の超短レーザーパルスと原子・分子との相互作用に関わる、基礎的な物理過程を研究した。高強度(~10^14W/cm^2)のフェムト秒レーザーパルスを分子に照射すると、分子内の電子波動関数の一部がイオン化連続状態にトンネルし、イオン化が生じる（トンネルイオン化過程）。この過程はレーザー電場のピーク付近の数百アト秒以内に生じる。イオン化した電子はレーザー電場に１周期以内に元の分子に戻り、衝突する（電子再衝突過程）。原子とは異なり、分子の場合は束縛電子状態のエネルギー差が小さいため、複数の準位からイオン化が生じる可能性がある。どのような分子について、どのような電子準位（分子軌道）からこの過程が生じるのかを、電子再衝突によって生成した軟Ｘ線（極端紫外領域）高次高調波（レーザー）から得るという、当研究者が開発した方法を用いた。具体的な方法は以下の通りである。まず分子軸に対して電子の再衝突角度を二波長を時間的・空間的に重ね合わせたのレーザーで制御する。次に再衝突角度の関数として、高次高調波の偏光方向は、再衝突角度と分子軌道の対称性や広がりに依存するので、発生した高次高調波の偏光方向を測定することで、どのような対称性を持つ分子軌道がトンネルイオン化過程に関与しているのかを知る。二酸化炭素分子・窒素分子や炭化水素系の多原子分子を用いたところ、いくつかの分子で最高占有軌道（HOMO）からだけではなく、垂直イオン化エネルギーがそれよりも大きい軌道（HOMO-1）からトンネルイオン化過程が起こっていることが測定された。それぞれの分子について複数の分子軌道からトンネルイオン化が生じた場合、どのように高次高調波の偏光方向が変化するのかを計算した。計算結果と実験結果を比較することにより、イオン化に関与する分子軌道とそのときの割合および位相差を同定することが出来た。多電子系からのトンネルイオン化過程について、アト秒時間領域でどのような過程を経て位相差が生じるのかを、今後、詳細に研究する予定である。

  • 近赤外領域での分子の高強度レーザー電場による解離過程の研究

    2010年  

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    赤外の高強度のフェムト秒レーザーパルスを分子に照射すると、複数のエネルギー準位から電子がトンネルイオン化しうる。このとき、分子内にアト秒(1アト秒＝10-18秒)の時間スケールで運動する電子の流れ（電子波束運動）が生じることを近年、当研究者は実験的に見いだしている。しかし、電子波束を生じるイオン化直後の電子波動関数の空間的な状態は、分子から発生した軟Ｘ線高次高調波のスペクトルの測定結果から推定して得られたものであるため、それを同定するには直接の観測が必要であった。当研究者は~1500-2000nmの光を用いて軟Ｘ線高次高調波を発生させ、同様の測定を行うことを目指しているが、軟Ｘ線高次高調波発生は同時に生じるイオン化過程と競合する。イオン化は高調波発生と相補的であるため、イオン化が抑制される条件を見いだす必要がある。本研究では、(1)800nmの35フェムト秒レーザーパルスを光パラメトリック発振(OPA)により1200nm~2000nmのシグナル光とアイドラー光を発生させ、(2)二つのパルスを重ね合わせ、分子に集光することで生成したイオンの収量を波長とレーザーの強度として測定することを計画した。具体的には飛行時間差型質量分析器(TOF-MS)を作成する。本研究期間においては、以下の二つのことを行った。(1) チタンサファイアレーザー装置を実験室に備え付け、その光学的調整を行いパルスあたり2mJの強度で約35fsのレーザーパルスを発生させた。次に、そのレーザーパルスを用いてOPA発振を行い、1500nmで約0.26mJの強度を得ることに成功した。(2)次に当該の研究予算を用いてTOF-MSにおけるイオン信号を測定する部分であるマイクロチャンネルプレートを購入し、それを独自に作成したTOF-MSに組み込んだ。本装置を真空チャンバーに備え付け、レーザーパルスを集光しイオン収量の測定を試みている最中である。地震等の影響もあり計画の遂行が若干遅れたが、近日中に目的とするデータを完全に得ることが出来ると予測している。

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