量子固体内の励起子の超高分解分光

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09304040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 百瀬 孝昌 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10200354)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若林 知成 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30273428) ; 志田 忠正 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60025484)
• Keywords: 量子固体 / 固体水素 / 励起子 / 高分解分光 / 赤外分光 / ラマン分光 / 緩和 / 分子性結晶

Research Abstract

本研究では、回転量子数J=0のパラ水素だけからなる固体パラ水素では超高分解能分光が可能であることに着目し、パラ水素自身及びその中にドープした不純物、電荷などの基底・励起状態の分光スペクトルの微細構造、周波数変化、スペクトル線形などの解析を行うことにより、固体中の励起子の拡がりバンド状態及び散乱過程に及ぼす量子性の影響を解明する事を通して、量子固体の本質を明らかにすることを目的としている。具体的な研究対象としては、1)固体パラ水素およびその中の不純物の振動・回転及び電子励起状態の励起子、および2)固体パラ水素にドープした余剰電荷、をとりあげ研究を行っている。本年度は主として実験手法の確立を目指し、以下のことを行った。1)これまでよりひずみの少ない良質の結晶を生成するために、液体から量子固体の単結晶をゆっくりと成長させることのできるサンプルセル及びクライオスタットを新たに設計・製作した。2)水素の振動回転線の高分解能分光用に10-1ミクロンの帯域の高分解能分光用差周波レーザーを開発した。3)水素は赤外から可視の広い領域にわたって、振動回転の励起状態が観測される。その高分解能スペクトルの系統的観測を本年度購入したフーリエ変換型赤外分光器を用いておこなった。励起子の固体内緩和の過程を明らかにすることを目的として、得られたスペクトルの線形解析を現在行っている。4)固体内に電荷を生成するために放射線照射によるイオンの生成を試み、赤外分光スペクトル解析から実際に分子イオンが生成していることを確認した。

Research Products

• [Publications] T.Momose: "Rovibrational states of a Tetrahedral Molecule in a Hexagonal Close Packed Crystal" Journal of Chemical Physics. 107・19. 7695-7706 (1997)
• [Publications] T.Momose et al.: "Infrared Spectroscopic Study of Rovibrational States of Methane Trapped in Solid Parahydrogen" Journal of Chemical Physics. 107・19. 7707-7716 (1997)
• [Publications] T.Momose et al.: "High Resolution Laser Spectroscopy of Methane clusters Trapped in Solid Parahydrogen" Journal of Chemical Physics. 107・19. 7717-7720 (1997)
• [Publications] T.Momose: "Impurity Molecules in Solid Parahydrogen" Journal of Low Temperature Physics. 108(印刷中). (1998)
• [Publications] T.Momose et al.: "Tunneling chemical Reactions in Solid Parahydrogen ; A Case of CD_3+H_2→CD_3H+H at 5K" Journal of Chemical Physics. 108(印刷中). (1998)