国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学シンクロトロン光研究センターの高嶋圭史教授、真野篤志技術職員は、九州シンクロトロン光研究センターの金安達夫副主任研究員、富山大学の彦坂泰正教授、広島大学放射光科学研究センターの加藤政博教授（分子科学研究所特任教授）らの共同研究チームと共に、アト秒の精度（１アト秒は１００京分の１秒；注１）で放射光（注２）の時間構造が制御できることを実証しました。分子科学研究所の放射光施設UVSORを利用して、数フェムト秒だけ継続する２つの放射光波束の時間差が数アト秒という高い時間精度で制御されている様子を２つの異なる手法で観測することに成功しました。
ほぼ光の速度（約３０万km/秒）まで加速された電子をアンジュレータと呼ばれる装置（注３）を用いて蛇行運動させてやると、強い光を放射します。このような装置を２台直列に並べると、数フェムト秒（１フェムト秒は１０００兆分の１秒；注１）という短い時間持続する光の波（波束）が２つ続けて放射されます。２つのアンジュレータの間に少しだけ電子に回り道をさせる特殊な装置を置くことで、２つの波束の間の時間差を精密に制御できます。これまで、研究グループはこのような光を使って、原子の世界で起きる超高速の現象の観測や原子の量子状態の制御に成功してきました。しかし一方で、本当に上で述べたような時間構造を持つ光が発生しているのか、という疑問も残っていました。今回、共同研究グループは２つの異なる手法で放射光の時間構造を計測し、その時間構造がアト秒の精度で制御できていることを示すデータを得ることに成功しました。
アト秒という非常に高い精度で時間構造が精密に制御された放射光を様々な物質の研究へ応用することで、機能材料や高速動作デバイスの開発、生体分子の放射線損傷の解明などへ役立つことが期待されます。
本研究成果は、英国の科学雑誌Scientific Reportsに掲載されました（2022年6月11日 オンライン公開）。
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注１）アト秒、フェムト秒、ピコ秒
１秒の1/1000がミリ秒、さらにその1/1000がマイクロ秒、そのあと1/1000に短くなるごとに、ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒、アト秒と続く。可視光線や紫外線の光の波長（光の波の山から山までの距離）は１ミクロンの数分の１であるが、この距離を光が進む時間がおよそ１フェムト秒である。アト秒で光の波の構造を制御するということは、光の波長よりも細かい精度でその形を制御するということである。
注２）放射光
ほぼ光速（約３０万km/秒）の高エネルギー電子が磁場で進行方向を曲げられる際に放出する電磁波。
注３）アンジュレータ
放射光発生装置の一種。周期的に極性が変わる磁石を用いて電子に蛇行運動をさせることで指向性の高い、準単色の放射光を発生することが出来る。
掲載誌：Scientific Reports
論文タイトル：“Double-pulsed wave packets in spontaneous radiation from a tandem undulator”（「タンデムアンジュレータからの自発放射に含まれるダブル波束」）
著者： T. Kaneyasu, M. Hosaka, A. Mano, Y. Takashima, M. Fujimoto, E. Salehi, H. Iwayama, Y. Hikosaka & M. Katoh
掲載日：2022年6月11日（オンライン公開）
DOI：10.1038/s41598-022-13684-2
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-022-13684-2
