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岩瀬 彰宏*; 福田 健吾*; 斎藤 勇一*; 岡本 芳浩; 千星 聡*; 雨倉 宏*; 松井 利之*
Journal of Applied Physics, 132(16), p.163902_1 - 163902_10, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)アモルファスSiO
試料に380keVのFeイオンを室温で注入した。注入後、一部の試料に16MeVのAuイオンを照射した。SQUID磁束計を用いて磁気特性を調べ、透過型電子顕微鏡とX線吸収分光法(EXAFSとXANES)を用いてFe注入SiO試料のモルフォロジーを調べたところ、Feナノ粒子のサイズが大きくなっていることがわかった。Feナノ粒子の大きさは、Feの注入量の増加とともに大きくなった。Feナノ粒子の一部はFe酸化物からなり、Fe注入量の増加に伴い、Fe原子の価数や構造が金属
-Feに近くなった。Feを注入したSiO試料では、室温での磁性が観測された。少量のFeを注入した試料の磁化-磁場曲線はLangevinの式で再現され、Feナノ粒子が超常磁性的な振る舞いをすることが示唆された。また、Feを多量に注入した場合、磁化-磁場曲線は強磁性状態を示している。このような磁気特性の結果は、X線吸収の結果と一致する。その後の16MeVのAu照射により、Feナノ粒子は破砕され、その結果、磁化は減少した。
甲斐 健師; 徳久 淳師*; 森林 健悟; 福田 祐仁; 河野 秀俊; 郷 信広*
Journal of the Physical Society of Japan, 83(9), p.094301_1 - 094301_5, 2014/09
被引用回数：1 パーセンタイル：11.6(Physics, Multidisciplinary)X線自由電子レーザー(XFEL)を利用した新たな単分子立体構造解析法が注目されており、この手法を実現するための最適条件の解明が期待されている。しかし、この手法では高強度のレーザーを使用するために、生じる分子の損傷が問題となる。本研究では単分子の損傷を考慮した上で、XFEL照射により得られる単分子の回折イメージング強度を様々な照射条件下において計算し、単分子立体構造解析を実現するために必要な照射条件について検討した。照射条件としてXFELの強度,エネルギー,パルス幅及び標的サイズをパラメータとし、標的を球状クラスターとした計算コードの開発を行った。本研究の成果により、XFEL照射による単分子の回折イメージング強度は入射X線のエネルギーが増加するとわずかに増加し、単分子の半径が400オングストローム以上になると照射強度に概ね比例することが分かった。XFEL照射条件を強度3
10
photons/mm
、パルス幅1fs、エネルギー15.5keV、及び標的半径500オングストローム以上であると、単分子立体構造解析を行うための十分な回折イメージング強度が得られ、最適条件の存在が示された。
Koga, J. K.; 森林 健悟; 福田 祐仁; Bulanov, S. V.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 大道 博行; 山極 満; 木村 豊秋*; 藤川 武敏*; et al.
Journal of Physics D; Applied Physics, 43(2), p.025204_1 - 025204_15, 2010/01
被引用回数：17 パーセンタイル：56.44(Physics, Applied)Three dimensional simulations and experimental results for the laser induced breakdown of air are presented. The simulations include the laser propagation, multi-photon and impact ionization, and heating of the electrons using accurate atomic and molecular data. For laser pulses of duration from 100 femto-seconds to 1 nano-second mechanisms for the breakdown of air based on the pulse duration and intensity ranging from optical field ionization to electron impact ionization are found. The laser energies at which the breakdown occurs are found to be in good agreement with experimental results.
西山 博*; 正木 知宏*; 福田 祐仁; 森林 健悟; 岸本 泰明*
no journal, ,
高強度極短パルスレーザーとクラスターの相互作用は、X線源,核融合反応による中性子源あるいはイオン加速等の応用面からさまざまな研究がなされている。これまで、われわれはイオン化過程を考慮したシミュレーションにより、高強度極短パルスレーザーとアルゴン等の希ガスクラスターの相互作用を解析し、クラスター表面に生成される入射レーザー強度を上回る分極電場の生成や、クラスター内部の二重電場シース等の内部構造を明らかにしてきた。本研究では、クラスターの応用を進めるうえで重要な、クラスター表面で生成される分極電場強度や、クラスター内部の詳細な構造を明らかにすることを目的に、イオン化過程を考慮した粒子シミュレーションにより、高強度レーザーパルスとアルゴンクラスターとの相互作用について詳細に解析した。
福田 祐仁; 山川 考一; 西山 博*; 正木 知宏*; 森林 健悟; 岸本 泰明*
no journal, ,
高強度レーザーとクラスターの相互作用は、短パルスX線源,核融合反応による中性子源,粒子加速等の応用面からさまざまな研究がなされている。われわれは、高強度パルスレーザーとアルゴンクラスターとの相互作用について、イオン化過程を考慮した粒子シミュレーションを行っており、これまでに、クラスター表面の分極電場によるイオン化の促進について報告してきた。今回は、パルス長が20fsでピーク強度が8.510
W/cm(a
=2.0)のレーザー光を半径48nmのアルゴンクラスターに照射する粒子シミュレーションを行い、クラスターから放射される内殻励起X線を評価した。粒子コードによるシミュレーション結果をもとにして、1s-2pの内殻励起状態に対するレート方程式を解いてX線スペクトルを評価した。その結果、この強度では、O, C, N, F-likeのスペクトル強度が大きいことがわかった。また、酸素(O)-likeイオンからの光子は、クラスターの中心から約20nm離れた位置で最も多く放出されていることが確認できた。また、波長の短いX線ほど、クラスターの中心付近から放出されていることがわかった。
福田 祐仁; 正木 知宏*; 西山 博*; 森林 健悟; 岸本 泰明*
no journal, ,
プラズマの原子過程・緩和過程を考慮したシミュレーション研究を実施し、極短パルス高強度レーザーとクラスターとの局所的相互作用に関するダイナミクスの基本骨格を明らかにした。特に、クラスター周囲に形成される非常に強い誘起分極電場がクラスタープラズマのイオン化プロセス、その後のクラスター崩壊過程、及び、高エネルギー粒子発生に密接に関連していることを初めて明らかにした。このような局所的な電場強度の増大は、メゾスコピック系であるクラスターに特徴的な現象であり、相互作用ダイナミクスを支配しているのみならず、レーザー光のみでは到達できない超高強度場生成が可能性を秘めていることを示した。また、シミュレーションコードに内殼励起によるX線発生を評価する新たなコードを組み込み、世界で初めて、クラスター崩壊ダイナミクスとX線発生との関係についての知見を得ることにも成功した。今後、自らが行った実験結果とシミュレーション結果とを比較し、極短パルスX線発生の最適条件を明らかにする。
Koga, J. K.; 森林 健悟; 福田 祐仁; Bulanov, S. V.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 大道 博行; 山極 満; 木村 豊秋; 藤川 武敏*; et al.
no journal, ,
Simulations including the laser propagation, multi-photon and impact ionization, and heating of the electrons and experimental results for the laser induced breakdown of air for pulses of duration from femtoseconds to picoseconds are presented.
福田 祐仁; 中村 龍史; 森林 健悟; 岸本 泰明*
no journal, ,
高強度・極短パルスのX線自由電子レーザー(XFEL)を用いることで、単一生体分子からの弾性散乱光測定により、その立体構造を決定することが可能であると考えられている。しかし、X線(波長0.1nm)と生体分子との相互作用では、炭素原子の光吸収断面積は光弾性散乱断面積の約10倍であり、光吸収に伴う分子のプラズマ化と構造変化(=生体分子の崩壊)が起こる前にX線回折像を撮影しなければならない、という問題点が同時に指摘されている。したがって、単一生体分子の構造決定に必要な情報を持った回折像を得るためには、X線領域特有の原子過程・緩和過程に支配されて生成する新しいタイプの光電離プラズマの特性を明らかにし、生体分子の崩壊が回折像に与える影響を最小限に抑える条件を知る必要がある。このための第一段階として、われわれは、高強度レーザー(波長800nm)とクラスターとの相互作用研究用のプラズマ粒子コードを改良し、波長400-50nm程度のレーザーによって引き起こされる光電離プラズマダイナミクスのシミュレーションを開始した。その結果、短波長化に伴い、疑似生体分子周囲に生成する強い誘起電場によってイオン化が促進され、分子崩壊のスピードが早まることが明らかになった。また、波長が100nm程度より短くなると、レーザー光がプラズマ中へ進入してくるため、分子全体が瞬時にイオン化されるなど、相互作用のダイナミクスが、長波長領域とは異なってくることが見いだされた。
福田 祐仁; 中村 龍史; 森林 健悟; 岸本 泰明*
no journal, ,
X線自由電子レーザーによる生体分子の損傷過程を調べるため、直径30nmの炭素と10fsのXFELパルスとの相互作用について、粒子コードによるシミュレーションを実施した。その結果、クラスターの電離により生成する強力なシース電場による電場イオン化により、1fs以内の時間のうちに炭素クラスターは4価までイオン化されることを見いだした。X線と物質との相互作用における電場イオン化の効果を初めて見いだした。この効果により、生体分子は、これまで考えられていたよりもはるかに早い時間のうちに崩壊すると予想される。
徳久 淳師; 高 潤一郎; 森林 健悟; 乙部 智仁; 甲斐 健師; 中村 龍史; 福田 祐仁; 河野 秀俊; 郷 信広
no journal, ,
A promising tool for 3D-structural determination from a single-molecule without crystallized is X-ray free electron lasers (XFELs), which are now under construction in Europe, USA and Japan, independently. Our final goal is to develop a computational method for the determination of single-molecule 3D-strucures and to suggest feasible parameters of the target molecule and the XFEL device. When a molecule is irradiated by a coherent X-ray pulse with an ultrashort duration time and an extremely high intensity, a continuous diffraction pattern (2D speckle pattern) is observed. It is necessary to collect many 2D speckle patterns from different orientations of the molecule to obtain information sufficient for the structure determination. In the meeting, we present our strategy for determining 3D structures of biomolecules and suggest some critical parameters of the XFEL device and the target molecules required for realizing the 3D structure determination.
Koga, J. K.; 森林 健悟; 福田 祐仁; Bulanov, S. V.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 大道 博行; 山極 満
no journal, ,
We present simulation results of the blue-shifting of high power laser pulses and the relation to breakdown with an emphasis on modeling. We have found that ionization induced by a 100 femtosecond laser pulse focused in air induces blue-shifting of the laser pulse. This blue-shift is also found in experiments. The start of the blue-shift at the blue-end of the transmitted laser light is found to indicate the generation of plasma by the laser pulse which in turn causes blue-shifting of the pulse. We show simulation results and discuss the various atomic and molecular processes in air that are included in the simulation code.
河野 秀俊; 郷 信広*; 森林 健悟; 福田 祐仁
no journal, ,
タンパク質や核酸及びそれらの複合体の立体構造は、分子機能を解明するうえで非常に貴重な情報を与える。その立体構造を得るためには、おもにX線結晶構造解析とNMR分光法が使われている。前者は、分子を結晶化する必要があるが、ゲノム中のタンパク質の約半分は結晶化ができておらず、この結晶化が構造解析の最大のボトルネックとなっている。一方、後者はあまり大きな分子の構造を決定することはできない。本研究の目的は、このXFEL光を用いた生体分子の構造決定方法の理論を構築することである。そのため、未だ人類が手にしたことのない大強度でコヒーレンスなXFEL光によって得られるであろう分子の散乱光強度データをシミュレートし、そこから立体構造を導き出す計算アルゴリズムの構築とソフトウェアの開発を行う。そのためには、散乱光強度データの雑音や標的分子とXFEL光との相互作用を理解する必要がある。本研究では、それに加えて散乱と同時に起こる標的分子の損傷,崩壊過程等のシミュレーションを行うことにより、その立体構造計算への影響を調べる。これらのシミュレーションを通して、立体構造決定という目標達成のための各種装置パラメータ値を導くことができる。
本田 充紀; 下山 巖; 岡本 芳浩; 杣 龍之介*; 福田 健吾*; 越智 雅明*; 松井 利之*; 斎藤 勇一*; 岩瀬 彰宏*
no journal, ,
The iron rhodium alloy is an intermetallic compound indicating the crystal structure of cesium chloride type at room temperature. Recently, we investigated the controlling of magnetism caused by disorder in the crystal structure of the intermetallic compound by ion irradiating. Therefore, we try to evaluate the crystal structural change in the bulk sample using EXAFS analysis. It is understood that difference in structural change appears by a different ion exposure dose. However, the analysis in the same sample was not performed until now by the problem of X-ray beam size. Therefore, in this study, the improvement of X-ray brightness at the bending magnet source was tried using a polycapillary X-ray lens(lens). As a result, we have succeeded to obtain the focusing beam of micro-size, and X-ray density improved to approximately 20 times. To confirm the effect of lens, Fe K-edge XAFS measurement were conducted in the non ion irradiation of the Fe-Rh alloy with and without lens. In case of without lens, respectable XAFS spectrum was not provided, but with lens, demonstrated the large improvement was confirmed. To know the irradiation dependence, Fe K edge XAFS measurements in the different ion exposure dose were conducted. As exposure doses increased, a difference was confirmed in vibration structure. We confirmed that FCC structure have changed to BCC structure caused by ion irradiation in the same sample.
