Ｘ線自由電子レーザーによるナノクラスター回折実験：非平衡核生成ダイナミクスの解明

使用 X 射线自由电子激光的纳米团簇衍射实验：阐明非平衡成核动力学

• 批准号: 19J14969
• 负责人: 仁王頭 明伸
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14969/
• 关键词: XFEL; クラスター; 核生成

報告者は本年度、国内のX線自由電子レーザー施設SACLAを利用して得られた単一キセノン（Xe）ナノクラスターの回折実験の詳細なデータ解析を進めた。実験データの解析により得られた粉末X線回折パターンと数値シミュレーション結果の比較から、Xeクラスターの構造はバルクの安定構造であるfcc構造と2次元の最密充填層がランダムに積層したランダム六方最密充填（rhcp）構造の和で説明できることが明らかとなった。さらに単一Xeクラスターの回折像に出現したストリークパターンと呼ばれる特徴的な回折像に注目し、単一粒子の内部構造の解明を試みた。昨年度開発した回折像のシミュレーションプログラムを用いて、実験で得られた回折像を再現する構造について詳細な検討を行った。その結果、一部のXeクラスターの内部において、同程度の体積を持つfcc結晶とrhcp結晶が積層方向に結合して共存していることが強く示唆された。これらの観測結果は、Xeクラスターの核生成・成長過程においてまず準安定相であるrhcp構造が生成し、その後より安定なfcc構造への転移が起こるというシナリオにより説明された。このような核生成・成長直後の構造ダイナミクスに関する知見は、XFELを利用したシングルショットのX線回折実験により初めて明らかとなったものである。本研究で示唆された核生成・成長のシナリオは、本研究で対象とした希ガス系のみならず他の系で普遍的に成り立つ可能性があり、したがって新規材料開発から気象学に至る幅広い分野への応用が期待される。報告者は上記の研究成果について複数の原著論文を筆頭著者として執筆し学術誌に投稿するに至った。

The reporter reported that this year, the X-ray free electron emission system SACLA was used to obtain a detailed analysis of the X-ray emission system. A comparison of the results of powder X-ray reflection and numerical value analysis was made between the structure of X-ray reflection and the stable structure of X-ray reflection. The fcc structure of X-ray reflection and the structure of hexagonal closest packing (rhcp) were explained. In addition, we try to understand the internal structure of a single particle. A detailed discussion of the structure of the reflection image was carried out last year. As a result, a part of the Xe-ray crystal is in the middle of the layer, and the volume of the same is in the direction of the fcc crystal and the rhcp crystal. The results of these measurements indicate that the nuclear generation and growth process of the Xe complex structure is in the quasi-stable phase, and the rhcp structure is in the generation phase, and the stable phase is in the transition phase. The structure of nuclear generation and growth is related to the observation of XFEL and X-ray reflection. This study shows that nuclear generation and growth are different from each other. The object of this study is to explore the possibility of universal nuclear generation and growth in other systems. The author of the original paper is responsible for writing and submitting the academic journal.

项目成果

Formative period in the x-ray-induced photodissociation of organic molecules

X 射线诱导有机分子光解的形成期

• DOI: 10.1103/physrevresearch.3.013221
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Edwin Kukk;Hironobu Fukuzawa;Niskanen Johannes;Kiyonobu Nagaya;Kooser Kuno;Daehyun You;Jasper Peschel;Sylvain Maclot;Akinobu Niozu;Shu Saito;Yu Luo;Eetu Pelimanni;Itala Eero; John D Bozek;Tsukasa Takanashi;Marta Berholts;Per Johnsson; Kiyoshi Ueda
• 通讯作者: Kiyoshi Ueda

Ultrafast structural dynamics of nanoplasmas probed by time-resolved X-ray diffraction

通过时间分辨 X 射线衍射探测纳米等离子体的超快结构动力学

• 发表时间: 2020
• 作者: Niozu Akinobu;Yokono Naomichi;Nishiyama Toshiyuki;Fukuzawa Hironobu;Sakurazawa Tomohiro;Matsuda Kazuhiro;Takanashi Tsukasa;You Daehyun;Li Yiwen;Ono Taishi;Gaumnitz Thomas;Schoeffler Markus;Grundmann Sven;Wada Shin-ichi;Carpeggiani Paolo;Xu Wei Qing;Liu Xi;仁王頭明伸;Akinobu Niozu
• 通讯作者: Akinobu Niozu

Characterizing crystalline defects in single Xe nanoparticles from angular correlations of single-shot diffracted X-rays

从单次衍射 X 射线的角度相关性表征单个 Xe 纳米粒子的晶体缺陷

• 发表时间: 2019
• 作者: Niozu Akinobu;Yokono Naomichi;Nishiyama Toshiyuki;Fukuzawa Hironobu;Sakurazawa Tomohiro;Matsuda Kazuhiro;Takanashi Tsukasa;You Daehyun;Li Yiwen;Ono Taishi;Gaumnitz Thomas;Schoeffler Markus;Grundmann Sven;Wada Shin-ichi;Carpeggiani Paolo;Xu Wei Qing;Liu Xi;仁王頭明伸;Akinobu Niozu;仁王頭明伸;仁王頭明伸;Akinobu Niozu
• 通讯作者: Akinobu Niozu

Dissociation and ionization dynamics of CF3I and CH3I molecules via pump-and-probe experiments using soft x-ray free-electron laser

• DOI: 10.1088/1361-6455/abcd20
• 发表时间: 2020-11
• 期刊: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics
• 作者: T. Gejo;T. Nishie;T. Nagayasu;K. Tanaka;Y. Tanaka;A. Niozu;K. Nagaya;R. Yamamura;N. Futamata;T. Suenaga;O. Takahashi;T. Togashi;S. Owada;H. Fujise;A. Verna;M. Yabashi;M. Oura

Ultrafast Structural Dynamics of Nanoparticles in Intense Laser Fields

强激光场中纳米粒子的超快结构动力学

• DOI: 10.1103/physrevlett.123.123201
• 发表时间: 2019
• 期刊: Physical Review Letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Nishiyama Toshiyuki;Kumagai Yoshiaki;Niozu Akinobu;Fukuzawa Hironobu;Motomura Koji;Bucher Maximilian;Ito Yuta;Takanashi Tsukasa;Asa Kazuki;Sato Yuhiro;You Daehyun;Li Yiwen;Ono Taishi;Kukk Edwin;Miron Catalin;Neagu Liviu;Katayama Tetsuo;他17名
• 通讯作者: 他17名