Non-equilibrium dynamics of quantum order in strongly correlated electron system revealed by using ultrafast x-ray pulses

利用超快 X 射线脉冲揭示强相关电子系统中量子级的非平衡动力学

基本信息

批准号：
21K03457
负责人：
深谷亮
金额：
$ 2.58万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、光誘起相転移過程における強相関電子物性を反映する多様な量子自由度の長距離秩序構造ダイナミクスを、放射光やX線自由電子レーザーを複合的に利用した時間分解X線回折・散乱法により、対象となる量子自由度の時間スケールやエネルギースケールに合わせて元素選択的に観測することを目的としている。放射光とX線自由電子レーザーから発せられる硬・軟X線パルスを相補利用した超高速ダイナミクス研究を推進し、本年度は主に以下の2つの成果が得られた。1) 高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設PFにおいて、前年度に確立した高繰返し時間分解共鳴軟X線散乱測定システムの成果を学術論文で発表した。この測定システムで用いている真空回折計や同期レーザーは可搬性が高く、様々なビームラインに設置可能であることも特徴である。そのため、本年度は既設のビームラインとＸ線の特性が異なる他のビームラインでも同測定システムを構築することで、ターゲットとなる元素吸収端や量子自由度に合わせて複数のビームラインで時間分解共鳴軟X線散乱実験が実施可能な環境の整備を進めた。2) 高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設PF-ARにおける既設の高繰返し時間分解X線回折測定システムを利用して、従来の測定システムでは微弱な回折強度で計測が困難であった、電子秩序に由来する超格子反射回折点の強度変調ダイナミクスの観測を目的として実験を実施した。その一環として、光誘起相転移の典型物質であるバナジウム酸化物に内在する電子秩序に由来した微弱な超格子反射回折点の過渡的な強度変化を観測することに成功した。この結果から、従来の時間分解Ｘ線回折測定システムでも観測が可能な結晶構造変化の情報に加えて、本測定システムで新たに得られた電子秩序変調の情報を補完することにより、光誘起相転移ダイナミクスを詳細に議論することが可能となった。

在这项研究中，我们利用时间分辨X射线衍射和散射方法研究了具有不同量子自由度的长程有序结构动力学，这些自由度反映了光致相变过程中强相关的电子特性，目的是根据目标量子自由度的时间尺度和能量尺度选择性地观察元素。我们推进同步辐射和X射线自由电子激光器硬、软X射线脉冲互补利用的超快动力学研究，今年取得了以下两个主要成果。 1）在高能加速器研究组织同步辐射实验装置PF，我们发表了关于前一年建立的高重复时间分辨共振软X射线散射测量系统成果的学术论文。该测量系统中使用的真空衍射仪和同步激光器具有高度便携性，可以安装在各种光束线上。因此，今年，通过在与现有束线具有不同X射线特性的其他束线处建立相同的测量系统，我们将根据目标元素吸收边和量子自由度在多个束线处进行时间分辨共振。在创造可以进行软X射线散射实验的环境方面取得了进展。 2）利用高能加速器研究组织的同步辐射实验设施PF-AR现有的高重复时间分辨X射线衍射测量系统，我们将能够对电子进行强度调制动力学观察的实验源自有序的超晶格反射衍射斑。作为这项工作的一部分，我们成功地观察到了弱超晶格反射衍射点的瞬态强度变化，这些变化源自氧化钒（一种具有光致相变的典型材料）固有的电子顺序。根据该结果，除了使用传统的时间分辨X射线衍射测量系统可以观察到的晶体结构变化的信息之外，通过补充用该测量系统新获得的电子顺序调制的信息，可以得到可以详细讨论转移动力学。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

European XFEL GmbH(ドイツ)

欧洲 XFEL 有限公司（德国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Operando time-resolved soft x-ray absorption spectroscopy for photoexcitation processes of metal complexes in solutions

用于溶液中金属配合物光激发过程的操作时间分辨软 X 射线吸收光谱

DOI：
10.1063/5.0129814
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kumaki Fumitoshi;Nagasaka Masanari;Fukaya Ryo;Okano Yasuaki;Yamashita Shohei;Nozawa Shunsuke;Adachi Shin;Adachi Jun
通讯作者：
Adachi Jun

Metastable Structure of Photoexcited WO3 Determined by the Pump-probe Extended X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy and Constrained Thorough Search Analysis

泵浦探针扩展X射线吸收精细结构光谱和约束彻底搜索分析确定光激发WO3的亚稳态结构

DOI：
10.1246/cl.220381
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.6
作者：
Kido Daiki;Uemura Yohei;Wakisaka Yuki;Koide Akihiro;Uehara Hiromitsu;Niwa Yasuhiro;Nozawa Shunsuke;Ichiyanagi Kohei;Fukaya Ryo;Adachi Shin;Sato Tokushi;Jenkins Harry;Yokoyama Toshihiko;Takakusagi Satoru;Hasegawa Jun;Asakura Kiyotaka
通讯作者：
Asakura Kiyotaka

Operando time-resolved soft x-ray absorption spectroscopy for photoexcitation processes of metal complexes in solutions

用于溶液中金属配合物光激发过程的操作时间分辨软 X 射线吸收光谱

DOI：
10.1063/5.0129814
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kumaki Fumitoshi;Nagasaka Masanari;Fukaya Ryo;Okano Yasuaki;Yamashita Shohei;Nozawa Shunsuke;Adachi Shin;Adachi Jun
通讯作者：
Adachi Jun

高繰返し時間分解共鳴軟X線散乱計測システムの開発

高重复时间分辨共振软X射线散射测量系统的研制