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【研究成果】放射光による原子の量子状態制御に世界で初めて成功!

本研究成果のポイント

  • 精密に制御されたレーザーでのみ可能と思われていた原子の量子状態の制御を放射光で行うことに世界で初めて成功しました。
  • レーザーでは対象とすることができないような高いエネルギー状態や短時間で起こる反応についても、放射光を用いることで量子状態制御ができる可能性を示しました。
  • 物質との相互作用の強い極端紫外線や物質に対する高い透過力を持つX線の波長域の放射光を用いた量子状態制御は、化学反応制御の新しい手段となり、新たな機能性材料の創生に活用できるかもしれません。

概要

富山大学の彦坂泰正教授、九州シンクロトロン光研究センターの金安達夫副主任研究員(分子科学研究所客員准教授)、広島大学の加藤政博教授(分子科学研究所特任教授)らの共同研究チームは、分子科学研究所の放射光施設UVSORを用いて、最先端のレーザー技術でのみ可能と考えられてきた原子の量子状態制御を放射光(注)で実現することに世界で初めて成功しました。レーザー光よりも短波長・高時間分解能化が容易であり、極端紫外線やX線を用いたより高度な量子状態制御への道をひらく研究成果です。

光による量子状態制御とは、光の波としての性質(コヒーレンス(注))を物質に転写することで、物質の量子状態を波の干渉を用いて制御する技術です。量子状態制御は、高い選択性をもった化学反応の制御法として提唱され、今日では量子コンピュータなどの量子情報分野の基礎技術としても活発に研究されています。共同研究チームが今回見出した放射光による量子状態制御の手法を用いると、現在のレーザーでは対象とすることができないような高いエネルギー状態や極めて短時間で起こる反応過程についても制御することが可能になります。物質と強く相互作用する極端紫外線(注)や物質に対する高い透過力を持つX線の波長域の放射光を用いた量子状態制御は、化学反応制御や機能性材料創生への応用が期待されます。

この研究成果は、「Nature Communications」誌のオンライン版に掲載されました。

用語解説

放射光:ほぼ光の速さまで加速された電子が磁場により進行方向を曲げられるときに出す光。シンクロトロン光とも呼ばれる。

コヒーレンス:波の持つ性質の一つ。二つの波の干渉のしやすさを表す。レーザー光線は光の波の位相がよく揃った光でよく干渉する。

極端紫外線:紫外線とX線の間の波長域の光。

図. アンジュレータからの放射

図1.アンジュレータからの放射。一個の電子からの放射(b)は良く定まった波であるが、実際には多数の電子からの放射が無秩序に重なり、個々の電子の出す波の形は埋もれて見えなくなる(c)。

論文情報

  • 掲載誌:Nature Communications
  • 論文タイトル:“Coherent control in the extreme ultraviolet and attosecond regime by synchrotron radiation” (「シンクトロン放射による極端紫外・アト秒領域のコヒーレント制御」)
  • 著者(全員):Y. Hikosaka, T. Kaneyasu, M. Fujimoto, H. Iwayama, and M. Katoh
  • DOI:10.1038/s41467-019-12978-w
【お問い合わせ先】

●研究に関するお問い合わせ先
富山大学
教授 彦坂 泰正
TEL: 076-434-7456
E-mail:hikosaka*las.u-toyama.ac.jp (注:*は半角@に置き換えてください)
  
九州シンクロトロン光研究センター
副主任研究員 金安 達夫
TEL: 0942-83-5017
E-mail:kaneyasu*saga-ls.jp (注:*は半角@に置き換えてください)

広島大学
教授 加藤 政博
TEL: 082-424-6293
E-mail:mkatoh*hiroshima-u.ac.jp (注:*は半角@に置き換えてください)

●報道担当
自然科学研究機構・分子科学研究所
研究力強化戦略室 広報担当
TEL:0564-55-7209
E-mail: press*ims.ac.jp (注:*は半角@に置き換えてください)


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