Attosecond and Ultra-fast spectroscopy
レーザー量子物理研究室(新倉研究室) 先進理工学部 応用物理学科 
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アト秒位相分解波動関数マイクロスコープ
(Attosecond phase-resolved wavefunction microscope)

(thanks to 科研費基盤A(2013~2015))




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アト秒科学の発展史 ====

アト秒科学
(1)単にフェムト秒(高強度)科学の延長ではなく(技術的にもdiscontinuityがあり)、
(2)どのようにアト秒パルスを発生・測定し、アト秒での現象を測定するのかという新たな概念とアイデアにより
発展してきました。すなわち、フェムト秒レーザーのパルス幅を従来どおりの手法の延長で短くしたり、また高強度化したりした
ということでは達成できず、新たな分野の科学(世界)の創出によって成し遂げられたものです。

本稿では、アト秒へのブレークスルーが行われた研究室(カナダCorkum研究室)に10年ほど滞在しました筆者の体験も含めて、
その発展史を記したいと思います。☆随時、加筆修正,ref.の追加等を行います。
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高校生向け 
電子のひみつ
大学では「電子が核のまわりを回る」というモデルではなく、「電子がそこに存在する」という「分布」
で表します。その分布を表す関数を「波動関数」と言います。さらに、「電子は粒でもあり波でもある」
という性質があります。アト秒レーザーを用いることで、

・電子はとして観測され、それが集まると波動関数
イメージになる
・電子の粒ひとつひとつの位相を測定することが可能である
位相を区別する測定

ということが、わかります。

☆なお、上の方の動画ではカメラが斜め横を向いています。左斜め上〜右下が、レーザーの偏光方向です。
pdfファイルの図は90度回転させたものです。
下の方の動画では、レーザーの偏光方向は上下です。

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Science誌に掲載された実験結果は、全て51号館B1-19の
当研究室で測定されたものです。
"位相を区別した"ぽつぽつ動画
位相を区別A
位相を区別B


関連のプレスリリース
日刊工業新聞2017年6月16日
日本未来館のブログで紹介されました。「位相を区別していない」ぽつぽつ動画はそちらにリンクがあります。

電子は粒として観測され、それが集まると波動関数のイメージ(分布)になる
位相を区別した測定




随時更新予定。


研究の目的と概要:
本研究室では、高強度・超短レーザーパルスを用いてアト秒時間分解能(1アト秒=10-18秒)を持つ測定装置系を開発し、 原子や分子内の電子波束運動や、化学反応素過程に伴う分子軌道の変化などの超高速ダイナミックスを 研究することを目的としています。より短い時間分解能での測定が可能になることで、 従来では困難だったより速く起こる現象を測定することが可能になります。
 1980年代半ばに数フェムト秒のパルス幅を・揩ツ レーザーパルスが開発されて以来、2000年になるまで、 アト秒の時間領域での測定は困難でした。2001年〜2002年に新たな方法論が確立され、 21世紀はアト秒の時代となっています。(アト秒科学の歴史は
こちら)。 フェムト秒時間領域では、分子の構造変化が測定の対象でしたが、 アト秒の時代には分子をとりまく電子波動関数(波束)が どのように変化するのかを実測することが可能になります。
 アト秒科学の方法論には主に二つの方法があります。一つは「高次高調波」と呼ばれる極端紫外〜軟X線の光をプローブ (またはポンプ光)として用いる方法と、もうひとつは高強度レーザー電場中における電子の 「再衝突過程」を利用する方法です。これらの方法をベースに、 新規なアト秒時間領域の測定の方法論を構築することで、 今までは「見えなかった」量子物理の世界をイメージングし、 波動関数の観点から様々な反応や物質現象を解き明かすことが目的です。


アト秒科学の発展史
研究のトピックス:
1. 時間分解アト秒光電子運動量分光による電子波動関数イメージング:Science誌に掲載
2. 極端紫外領域の高安定アト秒光学系の開発
3. 二波長を用いた新規な分子軌道とアト秒ダイナミックスの測定法の開発
4. アト秒再衝突電子を用いた電子波束・振動波束運動の測定


主な発表論文:
リスト


研究室の装置系:
キャリアエンベロープ位相が安定化した高強度レーザーシステム(max 10.1 mJ/pulse , 1KHz, 790 nm, 35fs (18.12.16))を中心に、 アト秒高次高調波(HHG)発生装置・高強度数サイクルレーザーパルス(5fs)発生装置・ アト秒時間分解運動量分光装置(Velocity Map Imaging)等を開発し、測定に用いています。 これらはクリーン度300(実測)、0.1度単位で温度制御されたクリーンルーム内に設置されています。 測定装置の安定度が重要ですので、高精度の安定化電源や厚さが60cm以上ある光学台等を用いています。 詳しくはこちら

過去のプレスリリース等(主なもの):

日刊工業新聞2017年6月16日
2013年1月8 日経産業新聞 日本学術振興会賞、早大・新倉氏ら24人に授賞決定。
アト秒科学の最先端で分子の中の電子の挙動を描き出す 読売オンライン
2011年10月10日 朝日新聞 「電子の一瞬、切り取る光 1秒の100京分の1「アト秒」」
2011年10月7日 日経産業新聞 分子の電子雲、動き捕捉、早大など技術開発――化学反応の機構、解明期待。


キーワード:
アト秒物理・再衝突電子・高次高調波・極端紫外光・キャリアエンベロープ位相安定化・分子軌道イメージング・コヒーレント量子制御・化学反応動力学
Attosecond physics, Re-collision electron, High-harmonic generation, Extreme ultra-violet, Carrier-envelope phase stabilization, Molecular orbital imaging, Attosecond coherent control, Chemical reaction dynamics


メンバー:(2019年度)
教授
新倉弘倫 CV

修士 1名
学部 2名


ポスドク等は随時募集しています。


共同研究者等:
カナダ国立研究機構・オタワ大学 David Villeneuve 教授、Andrei Naumov博士、Paul Corkum教授

(学生向け) 参考書など


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連絡先:
169-8555
東京都新宿区大久保3-4-1
早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 応用物理学科
51号館6階07B室 新倉弘倫
niikura (at) waseda.jp
TEL: 03-5286-2982
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教授室 51号館6階07B室
学生室 51号館6階07A室
実験室 51号館B1階19室