1998 Fiscal Year Annual Research Report
量子性媒体中における化学反応ダイナミックスの分光学的研究
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10206203
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
百瀬 孝昌 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10200354)
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| Keywords | 固体水素 / 量子固体 / レーザー分光 / 赤外分光 / 高分解能分光 / 反応ダイナミックス / トンネル反応 / 線幅 |
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| Research Abstract |
水素分子が固体になった固体水素では高分解能分光が可能である。本研究ではこの水素の高分解能特性を生かし、水素分子の固体及び液体中の分子の励起状態の緩和およびその中で進行する化学反応を光を用いて調べることにより、溶媒の量子性が反応や緩和などのダイナミックスにおよぼす効果を明らかにする事を目的としている。本年度は以下のような成果を得た。(a)水素中のメタンの振動回転線幅の特異的な温度依存性。詳細な実験の結果、メタン分子の振動回転線の線幅が温度に対して非常に敏感に変化することが明らかとなった。例えば、CD4のV_4遷移では温度が上がるにつれて線幅が可逆的に広がり、4Kから8Kに昇温したときの線幅のひろがりはほぼ20倍にも達する。水素のデバイ温度は100Kであることから、この変化は従来考えられていたフォノンの分布の変化では説明できない。今回の結果は、媒質の量子性が顕著に現れた結果であると考えられる。(b)トンネル反応に及ぼす媒質の量子効果。固体バラ水素中に捕捉したフリーラジカルなどの不安定分子は、まわりの水素分子とX+H_2→XH+Hなどの反応をおこす。系が極低温であることからこの反応過程を解析することによって、化学反応におけるトンネル効果の寄与の詳細な研究ができる。重水素化メチルラジカルCD_3を捕捉した場合、CD_3が水素分子と5Kの極低温で反応し、CD_3Hが生成することが明らかになった。この反応の活性化エネルギーは約13Kcal/molであることから純トンネル反応であることは明らかである。そこで現在、1K以下にまで試料温度を下げられるクライオスタットを製作中であり、これを用いて反応速度の温度変化の詳細な観測を行い、媒質の揺らぎが反応に及ぼす影響を詳細に明らかしていく予定である。
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[Publications] T.Momose: "Impurity Molecules in Parahydrogen Crystal: High Resolution Infrared Spectroscopy." Journal of Low Temperature Physics. 111・3. 469-474 (1998)
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[Publications] T.Momose et al.: "Tunneling chemical recations in solid parahydrogen: A case of CD_3+H_2→CD_3H+H at 5K." Journal of Chemical Physics. 108・17. 7334-7338 (1998)
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[Publications] Y.Zhang et al.: "High-resolution infrared spectroscopy of the J=1 H_2 pair in parahydrogen crystals." Physical Review B. 58・1. 218-232 (1998)
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[Publications] M.Fushitani et: "Photoinduced reactions on methyl radical in solid parahydrogen." Journal of Chemical Physics. 109・15. 6346-6350 (1998)
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[Publications] H.Hoshina et al.: "Infrared spectroscopic study of rovibrational states of perdeuterated methane(CD_4)trapped in parahydrogen crystal." Journal of Chemical Physics. 110・12(in press). (1999)
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[Publications] T.Momose et: "Matrix-Isolation Spectroscopy Using Solid Parahydrogen as the Matrix: Application to High-resolution Spectrsocopy,Photochemistry,and Cryochemistry." Bulletin of the Chemical Society of Japan. 71・1. 1-15 (1998)
