学術的背景 極限条件下（高圧、高温など）での材料の挙動を研究することは、凝縮系物理学や材料科学における重要な課題です。レーザー衝撃技術は、ナノ秒の時間スケールで材料に極めて高い圧力を加えることができ、X線回折技術はフェムト秒の時間スケールで材料の構造変化を捉えることができます。しかし、これらの動的圧縮実験において、温度の測定は常に難しい課題でした。従来の温度測定技術（熱放射測定など）は、このような短い時間スケールと小さなターゲットでは実現が困難です。そのため、単一の実験で動的圧縮材料の温度を正確に測定する方法を開発することが重要です。 本研究では、X線自由電子レーザー（X-ray Free-Electron Laser, XFEL）とレーザー衝撃技術を利用し、X線熱拡散散乱（Thermal ...

学術的背景 近年、構造化光（structured light）は、高エネルギー物理学、宇宙論、磁性材料、超流体におけるトポロジカル・スキルミオン（skyrmion）テクスチャを模倣する可能性を示しています。スキルミオンは非特異的で局所的なトポロジカル構造であり、当初は核物理学で提案され、その後、超流体、磁性材料、ボース・アインシュタイン凝縮（Bose-Einstein condensates）で広く研究されてきました。光学スキルミオンはデータエンコーディングやストレージに潜在的な応用がありますが、そのトポロジカル構造を物質に転送し保存する研究は非常に限られています。本論文はこの問題に取り組み、レーザービーム内のスキルミオン・トポロジーを冷原子ガスに高忠実度でマッピングし、新しい非伝播形式で検...

学術的背景 ゲルマニウム（Germanium, Ge）は第IV族元素の一つとして、基礎科学と技術応用において重要な意義を持っています。そのメタステーブル多形（metastable polymorphs）は、独特のナノ構造と優れた電子・光学特性から注目を集めています。しかし、高圧条件下でのゲルマニウムの相転移メカニズムとメタステーブル多形の形成過程はまだ明確ではなく、特に動力学経路を通じてそのナノ構造を制御する合成方法は十分に研究されていません。本研究では、急速減圧実験を通じて、高圧β-Sn相ゲルマニウムが減圧過程で異なるナノ構造を持つメタステーブル多形を形成するメカニズムを明らかにし、その相転移動力学経路を探求することを目的としています。 論文の出所 本論文は、Mei Li、Xuqiang ...

学術的背景 極限条件下での材料の物理的特性を研究することは、凝縮系物理学の重要な方向性の一つです。超強磁場（100テスラを超える）は、材料中の電子の振る舞いを著しく変化させることができ、例えばゼーマン効果（Zeeman effect）やサイクロトロン運動（cyclotron motion）を通じて材料の電子構造や結晶構造に影響を与えます。しかし、超強磁場の発生と測定技術は大きな技術的課題に直面しており、特に誘電率（dielectric constant, ε）の測定は困難です。誘電率は材料が外部電場に応答する能力を示す重要なパラメータであり、材料内部の電荷分布と分極特性を明らかにすることができます。強誘電体材料では、誘電率の変化は通常、結晶構造の不安定性と関連しており、特に強誘電相転移（fe...

超高速ナノ分光およびイメージング技術の最新進展：プローブ顕微鏡に基づく応用 研究背景 近年、光学顕微技術の急速な発展に伴い、科学者たちはナノスケールでの物理現象に対する理解を大幅に深めました。しかし、従来の遠視野光学顕微技術は光学回折限界に制約され、サブ波長レベルの空間分解能を達成することが困難です。一方で、量子材料、二次元材料（2D Materials）、有機分子材料などの新素材の研究需要が増加しており、これらの材料における光-物質相互作用はしばしば非常に短い時間スケール（フェムト秒からナノ秒）と非常に小さい空間スケール（ナノメートルからオングストローム）で発生します。そのため、高空間分解能と高時間分解能を同時に提供できる顕微技術の開発が科学研究において重要となっています。 従来の光学顕微...