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Control of surface chemical reactions by a monocycle THz pulse

Research Project

Project/Area Number 20K15226
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Tanaka Shunsuke  東京大学, 物性研究所, 助教 (10822744)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
KeywordsTHz-induced reactions / TFISH / metal surface / Gapless THz detection / THz pump-SHG probe / Pt表面 / 表面化学反応誘起 / Pt(111) / Cs/Pt / モノサイクルテラヘルツ光 / 表面化学反応 / 表面吸着種ダイナミクス
Outline of Research at the Start

光により精密に化学反応を制御することは持続可能な社会に向けて現実のものになるべき課題である。その実現のためには、反応素過程に関与する自由度(振動モードなど)を明らかにし、さらにその特定のモードを制御する光技術が必要となる。
本研究課題は、モノサイクルテラヘルツ(THz)光を用いて基板-吸着種間振動を励起し、その後の反応ダイナミクスを実時間測定することで、固体表面上の会合反応過程を明らかにする。また、THz光の電場の向きを制御することで、表面吸着種の運動方向を制御できることを実験的に示す。

Outline of Final Research Achievements

We prepared well-defined surfaces such as Cs/Pt and O+CO/Pt under ultrahigh vacuum conditions, and the surfaces were irradiated by monocycle THz pulses with the maximum electric field of 183 kV/cm to investigate whether chemical reactions could be induced by the THz pulses. Although we tried to detect desorbed species by a quadrupole mass spectrometer, and measure the displacement of the adsorbed species by second harmonic generation spectroscopy or sum frequency generation spectroscopy, we could not observe neither the displacement of the adsorbed species nor the THz pulse-induced chemical reactions. Thus, we concluded that THz pulses with a stronger electric field are necessary to induce the chemical reactions.
In the above research, we could develop a new method to observe the waveform of THz pulses by using second harmonic lights from metal surfaces.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

私はair-metal-coherent-detection(AMCD)というTHzパルス検出方法を開発した。この方法は、THz電場が誘起する空気分子からの第二高調波光と金属表面からの第二高調波光の干渉を利用する。THz電場が作用する対象が空気分子であるため、AMCDは広帯域THzパルスのギャップレス検出を可能にする。広帯域THzパルス光の検出方法として、air-biased-coherent-detection(ABCD)が有名であるが、ABCDに比べて、AMCDは空気分子と金属薄膜だけでよい。その簡便性から、AMCDは広帯域THzパルスの時間波形計測方法の一つとして普及するものと考える。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Functionalization of the MoS<sub>2</sub> basal plane for activation of molecular hydrogen by Pd deposition2022

    • Author(s)
      Ozaki Fumihiko、Tanaka Shunsuke、Osada Wataru、Mukai Kozo、Horio Masafumi、Koitaya Takanori、Yamamoto Susumu、Matsuda Iwao、Yoshinobu Jun
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 593 Pages: 153313-153313

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2022.153313

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Surface electron dynamics on clean and chemisorbed Pt(111) surfaces studied by terahertz-field-induced second harmonic light2021

    • Author(s)
      Shunsuke Tanaka, Tomohiro Fujimoto, Yuta Murotani, Natsuki Kanda, Ryusuke Matsunaga, and Jun Yoshinobu
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] THzパルス光によるPt表面における第二高調波発生の変調2020

    • Author(s)
      田中駿介, 藤本知宏, 神田夏輝, 松永隆佑, 吉信淳
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Pt(111)表面におけるTHz光により誘起された第二高調波の観測2020

    • Author(s)
      田中駿介, 藤本知宏, 神田夏輝, 松永隆佑, 吉信淳
    • Organizer
      表面界面スペクトロスコピー2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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