八尾誠 理学研究科教授（論文執筆時）、永谷清信 同助教、上田潔 東北大学教授、福澤宏宣 同助教、和田真一 広島大学助教、ローレンツ?セダーバウム ハイデルベルグ大学教授、齋藤則生 産業技術総合研究所副研究部門長、矢橋牧名 理化学研究所グループディレクターらの研究グループは、日本初の短波長自由電子レーザー装置である、SCSS試験加速器から供給される強力な極紫外光パルスをネオン原子の集団に照射すると、多くの電子が数珠つなぎで飛び出してくる新しい現象を発見しました。
本研究成果は、2016年12月5日に英国の科学電子ジャーナル「Nature Communications」に掲載されました。
研究者からのコメント
本研究では、极紫外自由电子レーザーを用いて原子集団中の多数の原子を瞬时に励起して効率よく多重励起状态を生成しましたが、光子エネルギーが非常に高い齿线自由电子レーザーを原子集団に照射しても、过渡的に多重励起状态が多く生成することが最近の研究からわかってきました。放射线治疗にも応用されている高エネルギーイオンや齿线の照射によっても、放射线感応分子の周りに复数の励起原子が过渡的に生成されると予想されます。したがって、今回解明した低エネルギー电子を数珠つなぎで放出して多くのイオンを生成する新しい缓和过程は、放射线损伤や放射线治疗にも重要な役割を果たしていると思われます。
概要
强力な极紫外光パルスを物质に照射すると、これまでにない特异な状态を生成することが可能です。特に、物质のイオン化エネルギーよりもわずかに低い光子エネルギー（一つの光子当たりのエネルギー）を持つ极紫外光パルスを用いると、物质内の多くの电子を同时に励起することができます。このような多重励起状态は电子を放出しながら安定な状态へと缓和すると予想されますが、详细は知られていません。
そこで本研究グループは、强力な极紫外光パルスを希ガスのネオン原子が多数集まったクラスターと呼ばれる原子集団に照射し、放出される电子の运动エネルギーを计测しました。得られたスペクトルを理论计算と比较して、多重励起状态にあるネオン原子クラスターからさまざまなエネルギーを持った电子が、これまでに知られていなかった新たな経路を経て次々に放出されることを解明しました。
図：本研究で用いた手法
実験では、电子の画像データからエネルギー分布を得た。実験で得られた电子スペクトルのピークの帰属と理论计算から、多重励起缓和机构を検証した。
详しい研究内容について
书誌情报
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K. Nagaya, D. Iablonskyi, N.V. Golubev, K. Matsunami, H. Fukuzawa, K. Motomura, T. Nishiyama, T. Sakai, T. Tachibana, S. Mondal, S. Wada, K.C. Prince, C. Callegari, C. Miron, N. Saito, M. Yabashi, Ph. V. Demekhin, L.S. Cederbaum, A.I. Kuleff, M. Yao & K. Ueda. (2016). Interatomic Coulombic decay cascades in multiply excited neon clusters. Nature Communications, 7:13477.
