2020 Fiscal Year Annual Research Report
X線分子動画撮影法を用いたソフトクリスタルにおける外場応答過程の観測
| Project Area | Soft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering |
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| Project/Area Number |
17H06372
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
佐藤 文菜 自治医科大学, 医学部, 講師 (50717709)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福本 恵紀 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任准教授 (20443559)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | X線結晶構造解析 / 時間分解測定 / ルミノクロミズム / ベイポクロミズム / X線吸収分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、高エネルギー加速器研究機構（KEK）内の放射光施設Photon Factory Advanced Ring（PF-AR）のビームラインNW12Aを利用したポンプープローブ実験において、新たな実験手法を模索した。これまで、3種の結晶多形により発光色の異なる発光性ソフトクリスタルの測定を行ってきたが、多形の違いではなく、結晶形状の違いによる、光励起効率の差の補正を行うことが困難であった。そこで、タンパク質結晶用に開発された、深紫外レーザーを利用した結晶加工技術を用いて、3種の多形結晶それぞれの形状を揃えることに成功した。その結果、これまで観測できなかった、3種の多形結晶での光励起状態の違いを観測することに成功した。結果の解釈については共同研究者と協議中であるが、1種目の測定結果やポンプープローブ測定手法については日本結晶学会誌、日本化学学会誌の総説にて報告した（日本結晶学会誌 63, 24-30, 2021、化学と工業 74(8), 627-628, 2020）。
そのほかの共同研究に関しても、学会発表において進捗を報告した。Pt系ベイポクロミズム錯体のX線吸収分光測定（錯体化学会第70回討論会）、スピンクロスオーバー錯体の励起状態X線回折（日本物理学会第76回年次大会）、高速ベイポクロミズム錯体のX線測定（第9回JACI/GSCシンポジウム）、光電子顕微鏡測定（Faraday Discussion）、蛍光X線ホログラフィー測定（日本物理学会第76回年次大会）、ポンプープローブ測定（Faraday Discussion）などである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度はCOVID-19の影響により、本課題の主要な実験に利用する放射光施設の臨時停止期間が発生し、実験実施の困難な時期があった。しかしながら、そのような状況でも可能な限り各種共同研究を推進した。秋以降放射光施設の再稼働が行われても、特に遠方の共同研究者の実験参加は依然困難な状況であり、それら共同研究者とは密に連絡を取りながらも、実験そのものは自身と施設の協力者とで実行するなど工夫した。
本年度まで、領域内外のグループとの複数の共同研究について、ソフトクリスタル群への外場印加下でのX線結晶構造解析、及びX線吸収分光測定、光電子顕微鏡測定等の適用を推進してきた。継続的なマシンタイムの確保が不可欠であるため、2020年度までは高エネルギー加速器研究機構の放射光科学研究施設Photon Factory（PF）における長期優先課題であるS2課題（有効期間3年）を利用し、放射光実験を実施してきた。
これまでに、超弾性結晶、長寿命発光結晶、ベイポクロミズム錯体、化学発光分子、生体高分子について、放射光を用いたX線プローブ実験の論文を公開することができ、国内外での学会発表も数多く行った。また、ポンプープローブ実験以外でも、実験室系のX線装置では測定が困難な微小結晶などの結晶構造解析の相談も複数受けており、放射光を用いた測定の利用幅も広がってきている。NW12Aに導入したポンプープローブ実験の経過も順調であり、計画はおおむね予定通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度からは、各種測定方法（外場印加X線結晶構造解析、X線吸収分光、大型レーザーを用いたポンプ-プローブX線結晶構造解析）ごとに、KEK-PFの一般課題（G課題、有効期間2年）を複数に分けて申請したものが既に受理されており、それぞれ効率的に実験を進めていく予定である。
また、新たな高速時間分解測定を行うため、スイスのポール・シェラー研究所内にある放射光施設，Swiss Light Source（SLS）で開発された超音波音響浮揚回折システム（the acoustic levitation diffractometer，ALD）の利用を試みる予定である。ALDでは、超音波定在波中に浮揚した結晶にX線照射を行う。その際、超音波圧力で結晶回転を高速に制御することができ、フレームレートの高い二次元検出器と組み合わせることで結晶構造解析用のデータセットを短時間に取得することが可能である。既にSLSの利用申請課題は受理されており、通常のポンプ-プローブ測定には向かないような不可逆変化を起こす系のソフトクリスタル結晶の時間分解測定に応用する予定である。
また、光照射下での結晶構造解析において、差フーリエ電子マップによる微小構造変化の抽出を試みており、これらの系での論文執筆を目指している。結晶構造解析が難しい系においては、反射点強度のダイナミクス計測などから、ソフトクリスタルの挙動を解析するような、新たな手法を取り入れることも視野に入れている。それらの研究成果を論文にまとめ、国内外の学会での成果発表も行っていく。
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[Presentation] スピンクロスオーバー相転移を示す複合磁性材料における、励起波長依存性をもった2つの光誘起状態2021
Author(s)
中野真之介, 石川忠彦 , 田久保耕 , 沖本洋一, 腰原伸也, 東亮介, 宮脇敦大, 高橋一志, 佐藤文菜, 一柳光平, 深谷亮
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] Photochromic “OFF-ON-OFF”-Type Luminescence Response of Crystalline Au(I) Complexes Bearing an Anthryl Moiety in the Ligands2020
Author(s)
Yoshiki Moroto, Tomoyoshi Suenobu, Mitsuharu Suzuki, Ken-ichi Nakayama, Hiroi Sei, Norimitsu Tohnai, Kohei Ichiyanagi, Ayana Sato-Tomita, Shunsuke Nozawa Takashi Tachikawa, Takeshi Iwasa, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori, Kenta Kato, Tomohiro, Seki, Hajime Ito
Organizer
2020年度光科学討論会
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