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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03457/
• 关键词: 光誘起相転移; 強相関電子系; 超高速光科学; 時間分解X線回折; 放射光科学; 光物性; 時間分解X線計測

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。

In this study, the strong correlation electron properties reflected in the photoinduced phase shift process of multiple quantum degrees of freedom and the long-distance order structure of radiation and X-ray free electrons were studied by using the time-resolved X-ray backscattering method. The study of ultra-high speed X-ray emission was carried out, and the following two achievements were achieved this year. 1)The results of the radiation measurement system of the high-speed accelerator research institute were presented in an academic paper established in the previous year. This measurement system uses vacuum back-analysis and synchronization to determine the portability of the system. This year, we have set up a system for the determination of X-ray characteristics, different types of X-ray characteristics, and different types of X-ray characteristics. 2)The radiation intensity of PF-AR in the high-speed accelerator research institute is difficult to measure due to the weak reflection intensity, and the intensity of the reflection point of the superlattice is adjusted due to the electronic order. The measurement of the intensity of the transition from weak superlattice reflection to inflection point in the electron order of the typical substances with light-induced phase shift was successful. The result of this study is that X-ray retroanalysis of the time series can provide information on the possible crystal structure changes, and this study can provide information on the possible crystal structure changes due to photoinduced phase shifts.

项目成果

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

• 发表时间: 2023
• 作者: 深谷亮;足立純一;中尾裕則;山崎裕一;田端千紘;野澤俊介; 一柳光平;石井祐太;木村宏之;足立伸一
• 通讯作者: 足立伸一

時間分解共鳴軟X 線散乱によるマルチフェロイック物質 SmMn2O5 の磁気秩序ダイナミクスの観測

通过时间分辨共振软 X 射线散射观察多铁材料 SmMn2O5 中的磁序动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: 深谷 亮;石井祐太;中尾裕則;足立純一;山崎裕一;野澤俊介;木村宏之;足立伸一
• 通讯作者: 足立伸一

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: Chemistry Letters
• 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-ichi;Sato Tokushi;Jenkins Harry;Yokoyama Toshihiko;Takakusagi Satoru;Hasegawa Jun-ya;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: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Kumaki Fumitoshi;Nagasaka Masanari;Fukaya Ryo;Okano Yasuaki;Yamashita Shohei;Nozawa Shunsuke;Adachi Shin-ichi;Adachi Jun-ichi
• 通讯作者: Adachi Jun-ichi

European XFEL GmbH(ドイツ)

欧洲 XFEL 有限公司（德国）