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

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10206203
• 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)
• Keywords: 化学反応 / 量子固体 / レーザー分光 / 赤外分光 / 高分解能分光 / 固体水素 / トンネル / 放射線

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。(1)トンネル反応に及ぼす媒質の量子効果。固体パ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。実際にメチルラジカルが水素分子と反応してメタンになる反応について、部分重水素化したメチルラジカルの反応速度を比較することにより、分子の量子レベルがトンネル効果に及ぼす影響を明らかにした。(2)振動励起状態の緩和機構について。水素中のメタンの振動回転線幅な温度依存性を観測することにより、緩和過程の詳細を検討した。その結果、4K付近では位相緩和が支配的であるが、その温度依存性はT^4程度であり、理論的に予測されているT^7依存性とは異なることが明らかになった。これは、媒質の量子性が顕著に現れた結果であると考えられる。(3)固体中の電荷について。固体水素中の電荷を生成し、その存在形態を明らかにするために、固体水素に放射線照射してイオンの生成を試みた。その結果、固体の格子欠陥や不純物の存在によって負電荷の存在形態が劇的に変化することを明らかに

Research Products

• [Publications] Hiromichi Hoshina: "Infrared Spectroscopic Study of Rovibrational States of Perdeuterated methane (CD_4) trapped in Parahydrogen Crystal"Journal of Chemical Physics. 110・12. 5728-5733 (1999)
• [Publications] Simon Tam: "High Resolution Infrared Absorption Spectra of Methane Molecules Isolated in Solid Parahydrogen Matrices"Journal of Chemical Physics. 111・9. 4191-4198 (1999)
• [Publications] Takamasa Momose: "High Resolution Spectroscopy of Ions in γ-ray Irradiated Solid Parahydrogen"Physica B. (印刷中).
• [Publications] Mizuho Fushitani: "UV Photolysis of HL..CO_2 Complexes in Solid Parahydrogen : Formation of CO and H_2O"Journal of Physical Chemistry. (印刷中).
• [Publications] Norihito Sogoshi: "High Resolution Infrared Absorption Spectroscopy of C_<60> Molecules and Clusters in Parahydrogen Solids"Journal of Physical Chemistry. (印刷中).
• [Publications] Hiroyuki Katsuki: "Observation of Rovibrational Dephasing of Molecules in Parahydrogen Crystals"Physical Review Letters. (印刷中).