氏名

ニイクラ ヒロミチ

新倉 弘倫

職名

教授

所属

(先進理工学部)

連絡先

メールアドレス

メールアドレス
niikura@waseda.jp

住所・電話番号・fax番号

住所
〒169-8555東京都 新宿区大久保3-4-1 早稲田大学先進理工学部 応用物理学科
電話番号
03-5286-2982

URL等

WebページURL

http://www.f.waseda.jp/niikura/

http://www.f.waseda.jp/niikura/en/indexE.html

研究者番号
10500598

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院先進理工学研究科)

学内研究所等

光科学研究所

研究所員 2010年-2014年

自己組織系物理ホリスティック研究所

研究所員 2010年-2014年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2015年-2019年

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2019年-

学歴・学位

学歴

1991年04月-1995年03月 京都工芸繊維大学 繊維学部 高分子学科
1995年04月-1997年03月 京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 高分子学専攻
1997年03月-2000年03月 総合研究大学院大学 数物科学研究科 構造分子科学専攻

学位

博士(理学) 課程 総合研究大学院大学 原子・分子・量子エレクトロニクス

経歴

2000年-2003年カナダ国立研究機構NSERC 博士研究員
2003年-2004年カナダ国立研究機構JSPS 海外特別研究員
2004年-2008年カナダ国立研究機構・科学技術振興機構さきがけ研究員(専任)
2008年-2009年カナダ国立研究機構・科学技術振興機構さきがけ研究員(専任,2010-2012は兼任)
2010年-2015年早稲田大学先進理工学部応用物理学科准教授
2012年-2012年京都大学エネルギー理工学研究所客員准教授
2015年-早稲田大学先進理工学部応用物理学科教授

受賞

文部科学大臣表彰 科学技術賞(研究部門)

2012年授与機関:文部科学省

タイトル:再衝突電子を用いたアト秒分子ダイナミックスの研究

受賞者(グループ):新倉弘倫

日本学術振興会賞

2013年授与機関:日本学術振興会

タイトル:アト秒時間分解能での分子の波動関数変化測定

受賞者(グループ):新倉弘倫

研究分野

キーワード

高強度レーザー・アト秒・分子動力学

科研費分類

化学 / 基礎化学 / 物理化学

論文

Coherent imaging of an attosecond electron wave packet

Villeneuve, D. M.; Villeneuve, D. M.; Hockett, Paul; Vrakking, M. J.J.; Vrakking, M. J.J.; Niikura, Hiromichi

Science356(6343)p.1150 - 11542017年06月-2017年06月 

DOIScopus

詳細

ISSN:00368075

概要:Electrons detached from atoms or molecules by photoionization carry information about the quantum state from which they originate, as well as the continuum states into which they are released. Generally, the photoelectron momentum distribution is composed of a coherent sum of angular momentum components, each with an amplitude and phase. Here we show, by using photoionization of neon, that a train of attosecond pulses synchronized with an infrared laser field can be used to disentangle these angular momentum components. Two-color, two-photon ionization via a Stark-shifted intermediate state creates an almost pure f-wave with a magnetic quantum number of zero. Interference of the f-wave with a spherically symmetric s-wave provides a holographic reference that enables phase-resolved imaging of the f-wave.

Sub-laser-cycle electron pulses for probing molecular dynamic

H. Niikura, F. Legare, R. Hasbani, M. Ivanov, A. D. Bandrauk, D. M. Villeneuve and P. B. Corkum

Nature査読有り417p.917 - 9222002年-

Probing molecular dynamics with attosecond resolution using correlated wave packet pairs

H. Niikura, F. Legare, R. Hasbani, M. Ivanov, D. M. Villeneuve and P. B. Corkum

Nature査読有り421p.826 - 8292003年-

Tomographic Imaging of Molecular Orbitals

J. Itatani, J. Levesque, D. Zeidler, H. Niikura, H. Pepin, J. C. Kieffer, P. B. Corkum and D. M. Villeneuve

Nature査読有り432p.867 - 8712004年-

Contribution of multiple electron trajectories to high-harmonic generation in the few-cycle regime

Naumov, A. Yu; Villeneuve, D. M.; Niikura, Hiromichi; Niikura, Hiromichi; Niikura, Hiromichi

Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics91(6)2015年06月-2015年06月 

DOIScopusWoS

詳細

ISSN:10502947

概要:© 2015 American Physical Society. We use a few-cycle, carrier-envelope-phase (CEP) stabilized laser system to generate high-harmonic emission in argon, neon, and carbon dioxide. The high-harmonic spectra consist of discrete harmonic orders whose positions shift as a function of the CEP. Near the cutoff harmonic, the peaks are separated by two photon orders, and can correspond to either even or odd harmonics of the driving laser frequency, depending on the value of the CEP. In the plateau region, harmonic orders are separated by only one photon order. We develop a simple model which predicts the observed behavior. We use the observed dependence of the harmonic peaks as a function of CEP as a method to measure the statistical CEP fluctuations of the laser system. The measured rms fluctuation of 0.17 radians agrees with optical measurements. The high-harmonic approach to measuring CEP stability has the advantage that it is less sensitive to laser intensity fluctuations than are optical methods.

Order-dependent structure of high harmonic wavefronts

E. Frumker, G.G. Paulus, H. Niikura; A. Naumov; D.M. Villeneuve; P.B. Corkum

Optics Express査読有り20p.13870 - 138772012年-

Probing the Spatial Structure of a Molecular Attosecond Electron Wave Packet Using Shaped Recollision Trajectories

Niikura, Hiromichi;Woerner, Hans Jakob;Villeneuve, D. M.;Corkum, P. B.

PHYSICAL REVIEW LETTERS107(9)2011年-2011年

DOIWoS

詳細

ISSN:0031-9007

Extracting Electron-Ion Differential Scattering Cross Sections for Partially Aligned Molecules by Laser-Induced Rescattering Photoelectron Spectroscopy

M. Okunishi, H. Niikura, R.Luccese, T. Morishita, and K. Ueda

Physical Review Letters査読有り106p.0630012011年-

Mapping molecular orbital symmetry on high-order harmonic generation spectrum using two-color laser fields

H. Niikura, N.Dudovich, D.M.Villeneuve and P. B. Corkum

Physical Review Letters査読有り105p.0530032010年-

Observation of electronic structure minima in high-harmonic generation

Hans JakobWorner, H. Niikura, J.B. Bertrand, P.B. Corkum, and D.M. Villeneuve

Physical Review Letters査読有り102p.1039012009年-

Frequency-resolved high-harmonic wavefront characterization

E. Frumker, G.G. Paulus, H. Niikura; A. Naumov; D.M. Villeneuve; P.B. Corkum

Optics Letters査読有り34p.3026 - 30282009年-

Attosecond strobing of two-surface population dynamics in dissociating H2+

A. Staudte, D. Pavii, S. Chelkowski, D. Zeidler, M. Meckel, H. Niikura, M. Schoffler, S. Schossler, B. Ulrich, P. P. Rajeev, Th. Weber, T. Jahnke, D. M. Villeneuve, A. D. Bandrauk, C. L. Cocke, P. B. Corkum, and R. Dorner

Physical Review Letters査読有り98p.0730032007年-

Controlling vibrational wave packets with intense, few-cycle laser pulses

H. Niikura, D. M. Villeneuve and P. B. Corkum

Physical Review A査読有り73p.021402(R)2006年-

Mapping attosecond electron wave packet motion

H. Niikura, D. M. Villeneuve and P. B. Corkum

Physical Review Letters査読有り94p.0830032005年-

Stopping a vibrational wave packet with laser induced dipole forces

H. Niikura, D. M. Villeneuve and P. B. Corkum

Physical Review Letters査読有り92p.1330022004年-

Controlling vibrational wave packet motion with intense modulated laser fields

H. Niikura, P. B. Corkum, and D. M. Villeneuve

Physical Review Letters査読有り90p.2036012003年-

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:基盤研究(A)

アト秒位相分解波動関数イメージング法による新規な量子選択性の研究

2018年04月-2023年03月

配分額:¥34580000

研究種別:

電子波束を生成する複数準位からのアト秒トンネルイオン化過程の新規物理モデル構築

2013年-0月-2016年-0月

配分額:¥45890000

研究種別:

金属ナノ先端におけるアト秒電場イオン化過程の研究

2011年-0月-2013年-0月

配分額:¥4810000

研究種別:

アト秒位相分解波動関数イメージング法による新規な量子選択性の研究

2018年-0月-2023年-0月

配分額:¥34580000

研究資金の受入れ状況

提供機関:科学技術振興機構制度名:戦略的創造研究推進事業「さきがけ」

再衡突電子を用いたアト秒分子内電子波束の測定2004年-2008年

提供機関:科学技術振興機構制度名:戦略的創造研究推進事業「さきがけ」

軟X線レーザーによる時間分解分子軌道イメージング2008年-2012年

学内研究制度

特定課題研究

近赤外領域での分子の高強度レーザー電場による解離過程の研究

2010年度

研究成果概要:赤外の高強度のフェムト秒レーザーパルスを分子に照射すると、複数のエネルギー準位から電子がトンネルイオン化しうる。このとき、分子内にアト秒(1アト秒=10-18秒)の時間スケールで運動する電子の流れ(電子波束運動)が生じることを近年...赤外の高強度のフェムト秒レーザーパルスを分子に照射すると、複数のエネルギー準位から電子がトンネルイオン化しうる。このとき、分子内にアト秒(1アト秒=10-18秒)の時間スケールで運動する電子の流れ(電子波束運動)が生じることを近年、当研究者は実験的に見いだしている。しかし、電子波束を生じるイオン化直後の電子波動関数の空間的な状態は、分子から発生した軟X線高次高調波のスペクトルの測定結果から推定して得られたものであるため、それを同定するには直接の観測が必要であった。当研究者は~1500-2000nmの光を用いて軟X線高次高調波を発生させ、同様の測定を行うことを目指しているが、軟X線高次高調波発生は同時に生じるイオン化過程と競合する。イオン化は高調波発生と相補的であるため、イオン化が抑制される条件を見いだす必要がある。本研究では、(1)800nmの35フェムト秒レーザーパルスを光パラメトリック発振(OPA)により1200nm~2000nmのシグナル光とアイドラー光を発生させ、(2)二つのパルスを重ね合わせ、分子に集光することで生成したイオンの収量を波長とレーザーの強度として測定することを計画した。具体的には飛行時間差型質量分析器(TOF-MS)を作成する。本研究期間においては、以下の二つのことを行った。(1) チタンサファイアレーザー装置を実験室に備え付け、その光学的調整を行いパルスあたり2mJの強度で約35fsのレーザーパルスを発生させた。次に、そのレーザーパルスを用いてOPA発振を行い、1500nmで約0.26mJの強度を得ることに成功した。(2)次に当該の研究予算を用いてTOF-MSにおけるイオン信号を測定する部分であるマイクロチャンネルプレートを購入し、それを独自に作成したTOF-MSに組み込んだ。本装置を真空チャンバーに備え付け、レーザーパルスを集光しイオン収量の測定を試みている最中である。地震等の影響もあり計画の遂行が若干遅れたが、近日中に目的とするデータを完全に得ることが出来ると予測している。

アト秒軟X線レーザーによる多電子トンネルイオン化過程の研究

2012年度

研究成果概要:本課題では高強度の超短レーザーパルスと原子・分子との相互作用に関わる、基礎的な物理過程を研究した。高強度(~10^14W/cm^2)のフェムト秒レーザーパルスを分子に照射すると、分子内の電子波動関数の一部がイオン化連続状態にトンネ...本課題では高強度の超短レーザーパルスと原子・分子との相互作用に関わる、基礎的な物理過程を研究した。高強度(~10^14W/cm^2)のフェムト秒レーザーパルスを分子に照射すると、分子内の電子波動関数の一部がイオン化連続状態にトンネルし、イオン化が生じる(トンネルイオン化過程)。この過程はレーザー電場のピーク付近の数百アト秒以内に生じる。イオン化した電子はレーザー電場に1周期以内に元の分子に戻り、衝突する(電子再衝突過程)。原子とは異なり、分子の場合は束縛電子状態のエネルギー差が小さいため、複数の準位からイオン化が生じる可能性がある。どのような分子について、どのような電子準位(分子軌道)からこの過程が生じるのかを、電子再衝突によって生成した軟X線(極端紫外領域)高次高調波(レーザー)から得るという、当研究者が開発した方法を用いた。具体的な方法は以下の通りである。まず分子軸に対して電子の再衝突角度を二波長を時間的・空間的に重ね合わせたのレーザーで制御する。次に再衝突角度の関数として、高次高調波の偏光方向は、再衝突角度と分子軌道の対称性や広がりに依存するので、発生した高次高調波の偏光方向を測定することで、どのような対称性を持つ分子軌道がトンネルイオン化過程に関与しているのかを知る。二酸化炭素分子・窒素分子や炭化水素系の多原子分子を用いたところ、いくつかの分子で最高占有軌道(HOMO)からだけではなく、垂直イオン化エネルギーがそれよりも大きい軌道(HOMO-1)からトンネルイオン化過程が起こっていることが測定された。それぞれの分子について複数の分子軌道からトンネルイオン化が生じた場合、どのように高次高調波の偏光方向が変化するのかを計算した。計算結果と実験結果を比較することにより、イオン化に関与する分子軌道とそのときの割合および位相差を同定することが出来た。多電子系からのトンネルイオン化過程について、アト秒時間領域でどのような過程を経て位相差が生じるのかを、今後、詳細に研究する予定である。

アト秒電子及び核波束制御による局在化した分子軌道ダイナミックスの直接測定

2014年度

研究成果概要:分子軌道の広がりや対称性は、化学反応の選択性や反応性、分子構造などに影響する。化学反応における分子軌道の変化を時間分解で測定することを目的として、高強度赤外レーザーパルスとそれから発生させた極端紫外領域の高次高調波を用いた光学系を...分子軌道の広がりや対称性は、化学反応の選択性や反応性、分子構造などに影響する。化学反応における分子軌道の変化を時間分解で測定することを目的として、高強度赤外レーザーパルスとそれから発生させた極端紫外領域の高次高調波を用いた光学系を作成した。6.0mJ/pulse, 1KHz, 35fsのキャリアエンベロープ位相が安定化した赤外レーザーパルスを高強度で5fsにパルス圧縮し、希ガスに集光することで高次高調波を発生させた。発生した高次高調波と電場位相が安定化した基本波を再度、試料ガスに集光して、放出された光電子の角度分布の時間変化を測定した。今後、より大きな分子に対して測定を行う予定である。

極端紫外アト秒パルスによるナノ尖端の時間分解光電子分光法の開発

2015年度

研究成果概要:金属ナノ尖端から放出される光電子のアト秒時間分解分光を目指して、アト秒高次高調波と赤外レーザーパルスを用いた光電子分光装置を開発・改良した。これまで、プローブ用の赤外パルスが、高次高調波を発生させる赤外パルスとわずかに干渉すること...金属ナノ尖端から放出される光電子のアト秒時間分解分光を目指して、アト秒高次高調波と赤外レーザーパルスを用いた光電子分光装置を開発・改良した。これまで、プローブ用の赤外パルスが、高次高調波を発生させる赤外パルスとわずかに干渉することにより、低エネルギー側での時間分解測定が困難だったが、まずより取り扱いの簡単な希ガスを試料として、アト秒光学系と測定系の改良を行った。その結果、希ガスや分子の試料において、z0エネルギーに近いところから数十eVの範囲において、数十アト秒の時間精度で、放出された光電子運動量分布をVelocity MapImaging法で安定に測定することが可能になった。

高精度アト秒時間分解光電子運動量イメージング法による電子相関過程の研究

2016年度

研究成果概要:アト秒時間精度で、原子や分子の電子波動関数(電子波束)の変化を直接イメージング測定することはアト秒科学の目標の一つである。本研究課題では、高強度レーザーパルス中における気相の原子の光イオン化に伴う電子相関過程をイメージングすること...アト秒時間精度で、原子や分子の電子波動関数(電子波束)の変化を直接イメージング測定することはアト秒科学の目標の一つである。本研究課題では、高強度レーザーパルス中における気相の原子の光イオン化に伴う電子相関過程をイメージングすることを目的として、その基礎となる実験と計算プログラムの開発を行った。具体的には、アト秒高次高調波と高強度のレーザーパルスを数十アト秒の精度で組み合わせて原子に照射し発生した光電子の運動量分布を測定した。ここで、放出される電子の運動量分布がどのような量子状態の重ねあわせからなるのかを、測定データから構成する方法とその簡易な計算を行った。

高強度数サイクルレーザーパルスの発生

2015年度

研究成果概要:高強度の赤外の数サイクルパルスを気相の原子や分子に照射すると、アト秒パルスを含んだ高次高調波が発生する。より高強度の数サイクルパルスを発生できれば、それだけ高強度のアト秒パルスを得ることが可能になるが、より単一のアト秒パルスを発生...高強度の赤外の数サイクルパルスを気相の原子や分子に照射すると、アト秒パルスを含んだ高次高調波が発生する。より高強度の数サイクルパルスを発生できれば、それだけ高強度のアト秒パルスを得ることが可能になるが、より単一のアト秒パルスを発生することが困難になる。高次高調波のスペクトルは、元の数サイクルパルスのパルス幅とキャリアエンベロープ位相(CEP)に依存するので、本研究では、数サイクルパルスのパルス幅とCEPに応じてどのようにスペクトルが変化するのかを数値シミュレーションした。その結果、パルス幅に応じて、スペクトルのCEP依存性が顕著に変わることがわかった。

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
理工学基礎実験1A IIブロック基幹理工学部2019春学期
理工学基礎実験1A IIブロック創造理工学部2019春学期
理工学基礎実験1A IIブロック先進理工学部2019春学期
理工学基礎実験1B IIブロック基幹理工学部2019秋学期
理工学基礎実験1B IIブロック創造理工学部2019秋学期
理工学基礎実験1B IIブロック先進理工学部2019秋学期
力学A 応物(1)先進理工学部2019春学期
力学B 応物(1)先進理工学部2019秋学期
物理入門 (応物)先進理工学部2019春学期
物理入門 (物理)先進理工学部2019春学期
物理入門 (応物) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
物理入門 (物理) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
応用物理学実験B先進理工学部2019通年
物理実験B先進理工学部2019通年
応用物理学実験B 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019通年
物理実験B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019通年
卒業研究先進理工学部2019通年
卒業研究【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019通年
卒業研究先進理工学部2019通年
卒業研究  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019通年
応用物理学実験A先進理工学部2019通年
応用物理学実験A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019通年
Graduation Thesis A (Physics)先進理工学部2019秋学期
Graduation Thesis A (Physics) [S Grade]先進理工学部2019秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics)先進理工学部2019秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2019秋学期
Graduation Thesis B (Physics)先進理工学部2019春学期
Graduation Thesis B (Physics) [S Grade]先進理工学部2019春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics)先進理工学部2019春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2019春学期
Current Topics in Physics先進理工学部2019秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2019秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2019秋学期
Current Topics in Physics [S Grade]先進理工学部2019秋学期
修士論文(物理応物)大学院先進理工学研究科2019通年
Research on Quantum and Laser Physics大学院先進理工学研究科2019通年
レーザー量子物理研究大学院先進理工学研究科2019通年
Intense Laser Physics大学院先進理工学研究科2019秋学期
高強度レーザー物理特論大学院先進理工学研究科2019秋学期
Seminar on Atomic, Molecular and Optical Physics C大学院先進理工学研究科2019春学期
原子分子光学演習C大学院先進理工学研究科2019春学期
Seminar on Atomic, Molecular and Optical Physics D大学院先進理工学研究科2019秋学期
原子分子光学演習D大学院先進理工学研究科2019秋学期
Master's Thesis (Department of Pure and Applied Physics)大学院先進理工学研究科2019通年
レーザー量子物理研究大学院先進理工学研究科2019通年
物理学及応用物理学海外特別演習A大学院先進理工学研究科2019通年
物理学及応用物理学海外特別演習B大学院先進理工学研究科2019通年
物理学及応用物理学海外特別演習C大学院先進理工学研究科2019通年
物理学及応用物理学海外特別演習D大学院先進理工学研究科2019通年