軟X線パルスレーザー光源による世界最高エネルギーでの電子状態の計測に成功~光合成・光触媒の高性能化に向けた新展開:電子の挙動を解明へ~

2026-01-15 量子科学技術研究機構

量子科学技術研究開発機構(QST)は、独自の高出力レーザー技術により軟X線パルスレーザー光源を開発し、「水の窓」領域の最高エネルギーである酸素K吸収端(540 eV)で、電子状態を区別できる分光計測を世界で初めて実現した。従来のアト秒パルス技術は主に極紫外域に限られ、酸素など軽元素のK吸収端を直接扱う計測が困難だった。今回、中心波長2000 nmの高強度赤外レーザーで高次高調波(HHG)を発生させ、酸素K吸収端を超える約620 eVまでスペクトルを拡張し、炭素・窒素・酸素のK吸収端やチタンL吸収端近傍の微細構造(XANES)計測にも成功した。これにより、光照射直後の超高速な電子ダイナミクスを追跡する道が開け、人工光合成や光触媒など光化学反応の初期過程解明と高性能化への応用が期待される。

軟X線パルスレーザー光源による世界最高エネルギーでの電子状態の計測に成功~光合成・光触媒の高性能化に向けた新展開:電子の挙動を解明へ~
図1:極短パルス・軟X線発生の様子(左図)とそのスペクトル(右図、黒線)、および空気を透過させたスペクトル(右図、赤線)。窒素と酸素に固有な鋭い吸収が400 eVと540 eV近傍で同時に計測されました。

<関連情報>

赤外光源を用いた軟X線高調波発生と酸素K吸収端におけるX線吸収端近傍構造の測定への応用 Soft x-ray high harmonic generation using an infrared light source and its application to the measurements of x-ray absorption near-edge structure at the oxygen K edge

Nobuhisa Ishii, Momoko Maruyama, and Ryuji Itakura
Optics Letters  Published: January 14, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OL.579282

Abstract

We demonstrate high harmonic generation beyond the water window using an intense infrared light source operating at 2000 nm in lithium niobate-based optical parametric chirped-pulse amplification by using an Yb:YAG thin-disk laser as a pump. The output pulses from the parametric amplifier (pulse energy: 1.68 mJ, wavelength: 1750–2500 nm, repetition rate: 5 kHz) are temporally compressed with an efficiency of 79% (1.32-mJ compressed pulse) down to 19.5 fs, which corresponds to the 2.9-cycle duration. The generated soft x-ray harmonics have been employed to measure x-ray absorption near-edge structure around the K edges of carbon, nitrogen, and oxygen, with acquisition times short enough to enable practical applications in time-resolved soft x-ray spectroscopy.

2004放射線利用
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