グラフェンと超高強度レーザーが切り拓く極限世界

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2022-02-16

natural_sciences

{'items': [{'key': 'dgv78', 'term': 'グラフェン ', 'description': {'blocks': [{'key': '4sgno', 'text': '１原子厚みの炭素のシート状物質。この厚みではダイヤモンドより強いと言われている。ほぼ透明で、熱伝導度や電気伝導度も非常に高い。2010年にノーベル物理学賞。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'a51cm', 'term': '超高強度レーザー', 'description': {'blocks': [{'key': 'eidhp', 'text': '回折格子を用い、レーザーパルスの時間幅を1000倍程度に引き延ばし、ピーク出力を十分抑えた状態でパルスエネルギーを増幅し、その後再びパルス時間幅を圧縮することで得られる、高出力の極短レーザーパルス。2018年にノーベル物理学賞。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'guam', 'term': 'large-area suspended graphene (LSG)', 'description': {'blocks': [{'key': '4pfud', 'text': 'グラフェンをレーザーイオン加速実験のターゲットとして用いるために開発した、両面が自由表面の大面積グラフェン。数百マイクロメートル（μm=10-6 m）の穴あき基板にグラフェンで蓋をした形になっている。グラフェンの理論的な厚みは0.3nm程度であるが、数百μmの面積があるためわずかにたわみや歪みがある。LSGの厚みの実測値は一層あたり1 nm程度で、枚数を重ねることで1 nmの精度で厚みを制御できる。厚みと面積の比は105にも及ぶ。単層LSGのラマンスペクトルと光学顕微鏡写真は図１(b)と(c)。関連する蔵満教授らの論文は、下記。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 70, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 211, 'length': 1, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': 'c5meq', 'text': 'N. Khasanah et al., "Large-area suspended graphene as a laser target to produce an energetic ion beam", High Power Laser Science and Engineering, 5, e18, 2017, doi:10.1017/hpl.2017.16', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [{'offset': 164, 'length': 19, 'key': 0}], 'data': {}}], 'entityMap': {'0': {'type': 'LINK', 'mutability': 'MUTABLE', 'data': {'url': 'https://doi.org/10.1017/hpl.2017.16'}}}}}, {'key': 'enc7v', 'term': 'プラズマ', 'description': {'blocks': [{'key': '5uqb6', 'text': '固体、液体、気体に次ぐ物質の第４の状態。高温で原子がイオンと電子に電離した状態で、様々な集団現象を見せる。宇宙の見える物質の99%以上がプラズマの状態にある。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '9f1vm', 'term': 'プラズマミラー', 'description': {'blocks': [{'key': '5f5r4', 'text': 'ガラス等の光学的に透明な基板にレーザーの波長に対応した反射防止膜を施したもので、レーザーがプラズマミラーをプラズマ化するまでは、光を透過させるが、プラズマ化する強度からプラズマの効果でレーザーを反射させるもの。レーザーのプレパルスと呼ばれる成分を除去できる。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '71i4m', 'term': 'トムソンパラボラ', 'description': {'blocks': [{'key': '53eoo', 'text': '電場と磁場を同じ方向に印加し、荷電粒子の質量と電荷の比ごとに、エネルギースペクトルを計測する手法。エネルギーが高い粒子ほど、電場と磁場で曲がりにくいので、電場と磁場を印加しない場合の直線的な軌道からのずれの大きさからエネルギーの大きさを見積もれる。化学処理が必要な固体飛跡検出器に比べて速報性があるが、質量電荷比が同じ荷電粒子、例えばC6+とO8+は区別できない。図１(e)と(g)に、その概念図と典型的なデータを示す。本研究では、共著者の福田上席研究員（QST関西研）らが開発したリアルタイム型トムソンパラボラを用いた。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 168, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 172, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'aisa7', 'term': '固体飛跡検出器', 'description': {'blocks': [{'key': '46l47', 'text': 'CR-39等のプラスチックにイオンを照射した際にできる損傷を、化学エッチング処理し、光学顕微鏡下で観察できるほどに拡大したエッチピットを解析することで、イオン核種やエネルギーを同定できる検出器。図１(f)の黒い点は1時間エッチング後の炭素イオンのエッチピット。図１(d)に示すように、複数枚の飛跡検出器と枚数の異なるフィルターを用い、高いエネルギーのイオンほど深くまで侵入できることからエネルギーを見積もる。今回用いたトムソンパラボラのように速報性はないが、粒子一つ一つを計測できることと、電子や光に感度がないことから、もっとも信頼性の高いイオン検出器だと考えられている。トムソンパラボラは、同じ質量電荷比の核種を区別できないが、異なる感度の固体飛跡検出器を用いることで、炭素イオンと酸素イオンの分別検出が可能である。本研究に先立ち、計測器開発論文が一連の研究成果として発表済みで、炭素イオンが圧倒的に多数である。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': 'dd1qi', 'text': 'T. Hihara et al., "Discriminative detection of laser-accelerated multi-MeV carbon ions utilizing solid state nuclear track detectors" Scientific Reprots, 11, 16283, 2021, DOI:10.1038/s41598-021-92300-1', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [{'offset': 175, 'length': 26, 'key': 0}], 'data': {}}], 'entityMap': {'0': {'type': 'LINK', 'mutability': 'MUTABLE', 'data': {'url': 'https://doi.org/10.1038/s41598-021-92300-1'}}}}}, {'key': 'fupvs', 'term': '相対論', 'description': {'blocks': [{'key': 'em6e', 'text': 'アインシュタインの特殊相対性理論によると、エネルギーと質量は等価である。高強度レーザーを用いると、レーザー電場で強制振動される電子の運動エネルギーは、レーザー強度が~1018 Wcm-2程度で、静止質量のエネルギーと等しくなる。一般に、高エネルギーイオン加速には、相対論的な強度のレーザーが必要だと考えられているが、本研究ではこの閾値よりも一桁低い強度~1017 Wcm-2程度で、MeVを超える高エネルギーの陽子と炭素イオンの生成に成功している。 ', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 85, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 91, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 179, 'length': 3, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 185, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['eng']

['蔵満康浩']

私がグラフェンを用いたレーザーイオン加速の研究を始めた頃、大勢の専門家に薄すぎるから絶対に無理だと言われました。プラズマミラーが10枚は必要だと言う人もいました。私はこういう時こそチャンスだと思います。無理だと言われることを実現すれば、インパクトの高い成果につながるからです。人は常識に囚われがちですが、グラフェンという物質は、我々の直感（常識）とはかなり異なった物質です。グラフェンと超高強度レーザーは、それぞれ2010年と2018年にノーベル物理学賞に輝いた画期的な素材と技術です。本研究は、これら二つを組み合わせた成果といえます。本研究に限らず、様々な分野の最先端の研究では、異なる研究分野を横断するテーマがインパクトの高い成果を上げています。自分の専門分野と常識に捉われない広い視野を持つ事が、今後ますます重要になると考えています。

蔵満康浩

教授

工学研究科

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/27cc8953fd2cdec2.html?k=%E8%94%B5%E6%BA%80%E5%BA%B7%E6%B5%A9