富山大ら,放射光により原子の形状操作に成功

九州シンクロトロン光研究センター,富山大学,広島大学の研究グループは,極端紫外領域の放射光を用いて,ヘリウム原子の空間的な形状を操作することに成功した(ニュースリリース)。

研究グループは,放射光を用いて物質の状態を操作するための技術開発に取り組んできた。光源装置のアンジュレータを二台用いて,2フェムト秒だけ継続する時間幅の短い極端紫外領域の光のペアを作り,それをヘリウム原子に照射した。

研究グループは,この光ペアの時間差をアト秒の精度で制御することにより,原子内の電子を狙った軌道に選択的に遷移させることができることを最近示している

今回,アト秒精度の制御技術をさらに発展させ,ヘリウム原子の二つの軌道を重ね合わせて,電子雲の向きや形を精密に操作することを試みた。分子科学研究所の放射光施設UVSORの光源開発ビームラインBL1Uを用いて,ヘリウム原子の電子雲の形状操作の実験を行なった。

ヘリウム原子では二つの電子が原子核のまわりを周っているが,それらの軌道はいずれも球形の電子雲となっている。実験の結果,光ペアを用いた重ね合わせ操作で鉄アレイ型の電子雲が生成されたことを確かめた。

さらにその傾きを,光ペアの時間間隔を調整することでコントロールできていることを確認した。観測されたスペクトルの様子を詳細に検討したところ,ヘリウム原子内の電子雲の向きは数10アト秒という超高時間分解能で操作できていることが分かったという。

この手法は短波長化が容易であり,今後,X線までもの短波長の光を用いた電子雲の操作という未開拓の研究分野を切り開くことができるといい,これらの放射光による電子状態の操作により,今後は物質機能の探索およびデザイン,高速動作デバイスの開発といった多様な応用に繋がるとしている。

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