上智大ら,原子の内殻過程をアト秒で追及に成功

上智大学,量子科学技術研究開発機構,仏ソルボンヌ大学,理化学研究所,兵庫県立大学の研究グループは,原子の多段階内殻緩和過程の時間依存をアト秒オーダーでプローブすることに成功した(ニュースリリース)。

原子,分子,固体など広い分野にわたって高速時間分解実験(ultra-fast science)は現在大きな興味がもたれている。その為に国内外において巨大なX線自由電子レーザー(XFEL)施設が建設され高速検出技術の開発も競って進められている。実験手法はポンプ・プローブによる測定が主流であり,最近はフェムト秒オーダーの分解能が得られている。

エネルギーの高い放射光を原子にあてることによって原子の内殻電子を光電子として飛び出させることができる(内殻光イオン化)。そして残った内殻の空孔に外殻の電子が落ちる。その際に,蛍光が発生することもあれば,外殻からオージェ電子が放出されることもある。

とくに内殻閾値よりもわずかだけエネルギーの高いX線で原子の内殻空孔を作ると「ごく遅い」光電子が放出される。そのあとに放出され得るオージェ電子はずっと速いので光電子を追い越すことになる。

この「追い越し」によってオージェ電子・光電子間にPCI(衝突後相互作用)がおこり,それぞれの電子のエネルギーに変化が現れる。よって電子のエネルギーを高分解能で測定するとこれらの過程を区別できる。

原子の内殻励起では発光の寿命がアト秒のオーダーであるため,発光が起こる過程と起こらない過程を比べることによって,アト秒スケールで原子の多段階内殻緩和ダイナミックスを調べられる。

今回は放射光実験施設SPring-8のビームラインBL19LXUおよびBL17SUを用いて,クリプトン原子の内殻過程を探求したものだという。

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