X線と量子センシングの新たなフロンティア(A New Frontier in X-Rays and Quantum Sensing)

2026-08-27 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

UC San Diegoの研究チームは、X線を利用した量子センシングの新たな手法を開発し、原子・電子レベルの現象をこれまでより高い精度で調べられる可能性を示した。研究の鍵となるのは、X線と物質中の電子状態の量子的な相互作用を利用することで、従来のX線分析では捉えにくかった情報を読み出す技術である。量子センシングは、量子状態の変化を極めて高感度に検出することで、物質の構造や磁気的・電子的性質を詳細に解析できる。今回の研究は、X線分光と量子技術を組み合わせることで、材料科学や物性物理学における新しい測定手段を提供するものと位置づけられる。将来的には、複雑な量子材料の性質解明や、高性能材料・デバイスの開発、基礎物理学における微視的現象の観測などへの応用が期待される。

X線と量子センシングの新たなフロンティア(A New Frontier in X-Rays and Quantum Sensing)
Artist’s rendering of an ultraviolet laser pulse (dark blue waves in foreground) acting on a helium atom (center). Two electrons are pulled away and driven back (pale blue spiral waves trace their return). When they recombine, they emit light at extreme ultraviolet frequencies (violet waves) and X-rays (white). (cr: Tenio Pompmintchev lab / UC San Diego)

<関連情報>

相関電子は、X線高次高調波発生を単一電子限界を超えて拡張する Correlated electrons extend X-ray high-harmonic generation beyond the single-electron limit

Siyang Wang,Jieyu Yan,Alba de las Heras,Sirius Song,Aleksander Prodanov,Zhihan Wu,Luis Plaja,Dimitar Popmintchev & Tenio Popmintchev
Nature Photonics  Published:07 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-026-01976-2

Abstract

High-harmonic generation underpins attosecond science. For over three decades, high-harmonic upconversion has been framed within the confines of a single-active-electron light–matter interaction featuring a well-defined cutoff photon energy. Here we demonstrate experimentally that correlated electrons can propel high-harmonic emission beyond this single-active-electron limit, markedly increasing the generated photon energies. We observe a weak secondary plateau that extends the conventional cutoff beyond 120 eV up to the water window at 280 eV. This phenomenon arises from double-electron recombination of strongly correlated electron pairs, resulting in a new cutoff scaling of up to 5.5 times the ponderomotive energy of the rescattering electrons, which notably deviates from the conventional scaling factor of 3.2. These findings reshape our fundamental understanding of the high-harmonic upconversion process and position high-harmonic generation as a potent photonic probe of attosecond-to-femtosecond electron correlations in quantum systems, opening new pathways for advanced ultrafast spectroscopy, novel attosecond source development and the exploration of strongly correlated quantum materials.

1701物理及び化学
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