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Theoretical study of ultrafast X-ray photoelectron diffraction

Research Project

Project/Area Number 16J01519
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

水流 翔太  千葉大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsUXPD / 2原子分子 / 光解離反応の追跡 / 長い核間距離 / 時間分解X線光電子回折 / 孤立気相分子 / 光化学反応 / フェムト秒化学
Outline of Annual Research Achievements

従来の多中心LCAO法による静的XPD計算法の適用は、脱離基と残渣との距離が25 bohr程度に達するまでに限られる。一方、多重散乱による計算法は両者の距離によらず適用可能であるが、ポテンシャル領域が各原子核を中心とする球対称ポテンシャル領域とポテンシャル一定の空間領域に区切られるために定量的な精度が劣る。このジレンマは、核間距離が25 bohr程度に達するまでは従来の多中心LCAO法を適用し、これより長い核間距離では孤立原子のポテンシャルによる多重散乱法を適用することで、少なくとも二原子分子の光解離反応については解決されると考えられる。
本特別研究員はイタリアTrieste大学のPiero Decleva教授を長期訪問し、密度汎関数理論(DFT)による二原子分子のUXPDを上記の見込に沿って計算した。光解離するCl2, Br2, I2分子についての計算結果は、上記2つの枠組みの単純な組み合わせにより2原子分子の光解離反応が解離極限まで絶え間なく追跡可能であることを示している。また核ダイナミクス計算を完全に量子力学的に行ってIBrのUXPDを計算したところ、核間距離が25 bohr程度に達するまではUXPDが励起光パルスに依存する振動波束の形を反映することが明確になった。
本研究で例にした等核ハロゲン分子の光解離反応は有機化合物の光ハロゲン化反応の起爆剤と考えられている。よって、本研究によりいくつかの実用的な光化学反応の素過程が追跡可能になったということができる。また、多重散乱法を球対称でないポテンシャル間の散乱に適用できるように拡張すれば、つまり球対称でない脱離基と残渣とに適用できるようにすれば、2原子分子以外の光解離・脱離反応も解離極限まで絶え間なく追跡可能になると見込まれる。本研究の成果はJ. Chem. Phys.誌に掲載された。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Universit`a di Trieste(Italy)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Theoretical study of ultrafast x-ray photoelectron diffraction from molecules undergoing photodissociation2018

    • Author(s)
      Shota Tsuru, Takashi Fujikawa, Mauro Stener, Piero Decleva, and Akira Yagishita
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 148 Issue: 12 Pages: 124101-124101

    • DOI

      10.1063/1.5019878

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Theory of time-resolved x-ray photoelectrondiffraction from transient conformal molecules2017

    • Author(s)
      Shota Tsuru
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 95 Issue: 4 Pages: 043404-043404

    • DOI

      10.1103/physreva.95.043404

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structure determination of molecules in an alignment laser field by femtosecond photoelectron diffrction using an X-ray free-electron laser2016

    • Author(s)
      Shinichiro Minemoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 38654-38654

    • DOI

      10.1038/srep38654

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Theory of X-ray photoelectron diffraction from molecules undergoing an ultrafast photochemical reaction2017

    • Author(s)
      Shota Tsuru
    • Organizer
      ICPEAC XXX
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theory of X-ray photoelectron diffraction from molecules undergoing an ultrafast photochemical reaction2017

    • Author(s)
      Shota Tsuru
    • Organizer
      International Symposium on (e,2e), Double Photo-ionization and Related Topics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Theory of ultrafast X-ray photoelectron diffraction based on nuclear wave packet description2016

    • Author(s)
      S. Tsuru
    • Organizer
      AISAMP12
    • Place of Presentation
      Changchun(長春), China
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Femtosecond structure determination of aligned molecules in an intense laser field studied by X-ray photoelectron diffraction with an XFEL2016

    • Author(s)
      S. Minemoto, T. Teramoto, H. Akagi, T. Fujikawa, T. Majima, K. Nakajima, K. Ogawa, H. Sakai, T. Togashi, K. Tono, S. Tsuru, S. Yoshida, K. Wada, M. Yabashi, and A. Yagishita
    • Organizer
      VUVX2016
    • Place of Presentation
      Zurich, Switzerland
    • Year and Date
      2016-07-03
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] フェムト秒X線光電子回折法により強レーザー電場中の分子の構造を決定(Spring-8)

    • URL

      http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/161212/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] フェムト秒X線光電子回折法により強レーザー電場中の分子の構造を決定(KEK)

    • URL

      https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/2016/12/12/pressrelease20161212.pdf

    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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