分子連鎖配列系におけるコヒーレント光化学の計測と理論的研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11223203
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山崎 巌 北海道大学, 工学研究科, 教授 (80002111)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 賢宣 北海道大学, 工学研究科, 助手 (60218211) ; 住 斉 筑波大学, 教授 (10134206) ; 太田 信廣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70113529) ; 秋本 誠志 北海道大学, 工学研究科, 助手 (40250477)
• Keywords: 分子配列系光化学 / コヒーレント光化学 / 超分子 / フェムト秒レーザー / 量子干渉 / 光合成反応中心

Research Abstract

人工的な組織化超分子、生体系の光合成反応中心とアンテナ蛋白系など、反応分子が連鎖的に配列した分子配列系では、励起子移動および電子移動過程が超高速で起こる。本研究ではこれらの光化学反応について、フェムト秒時間分解分光計測に基づいて調べ、従来知られていなかった新しい反応形態を明らかにする。とくに励起子や電子の移動伝搬における量子状態の量子干渉効果(量子ビート、周期〜100fs)を、マイケルソン干渉計を利用した方向によって調べる。
本年度は基本となる2つの実験装置を製作、あるいは製作中である。
(1)フェムト秒時間分解蛍光分光装置 波長可変固体レーザー(設備備品をして購入)と蛍光アップコンバージョン法に基づく観測装置を作製し、時間分解能30fsで分子配列系の反応を追跡できる装置を完成させた。(2)量子干渉の観測のためのレーザー分光装置の製作 波長可変固定レーザー(設備備品をして購入)からのフェムト秒光パルスからマイケルソン干渉計によって2つの光パルスを同軸上に発生させ、この1対の光パルスによって発生した励起子移動の間の干渉を測定する。現在7割程度まで出来ているが、次年度の前半には完成させる予定である。(3)人工および生体量子化連鎖反応 人工系は計画研究項A、BおよびCにおいてつくられたポルフィリン幾何構造体、デンドリマーおよびDNA類似の1次元配列構造、生体系は計画研究Dでつくられた光合成系生細胞や単離蛋白を用い、上記の実験装置と方法によって実験を開始した。(4)分子連鎖配列系の光量子ダイナミクスの理論的研究 分子連鎖配列系で起こる光化学反応は、コヒーレント過程として起こることが特徴である。その理論の構築を開始し、コヒーレント過程が起こるための条件について明確にした。

Research Products

• [Publications] I.Yamazaki, S.Akimoto, H.Shiratori, A.Osuka: "Ultrafast energy relaxation and excitation delocalization in excited states of zinc porphyrin dimers"Acta Phys. Polonica A. 95. 105-120 (1999)
• [Publications] M.H.Wall, S.Akimoto, I.Yamazaki, H.Kido: "ultrafast intramolecular electron transfer in peripherally ruthenated zinc tetraarylporphyrins"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 72. 1475-1481 (1999)
• [Publications] N.Ohta, Y.Iwaki, I.Yamazaki, A.Osuka: "Photoinduced charge transfer along a meso, meso-linked porphyrin array"J. Phys. Chem. B. 103. 11242-11245 (1999)
• [Publications] S.Abe, Y.Nishimura, I.Yamazaki, N.Ohta: "Remarkable electric field effect on absorption intensity of molecular aggregate of photomerocyanine in PMMAfilm"Chem. Lett.. 1999. 165-166 (1999)
• [Publications] K.Mukai, S.Abe, H.Sumi: "Theory of rapid excitation-energy tranfer from B800 to optically-forbidden exciton states of B850 in antenna"J. Phys. Chem. B. 103. 6096-6120 (1999)
• [Publications] A.Osuka, M.Ikeda, Y.Nishimura, I.Yamazaki: "Accelerated singlet energy transfer in bis(phenyl)-phenylene bridged 5, 10, 15, 20-tetraaryl zinc-free porphrins"J. Chem. Soc. Perkin Trans.. 2. 1019-1025 (1999)
• [Publications] I.Yamazaki: "Functionality of Molecular Systems-From Molecular System to Molecular Devices, Vol. 2"Springer Verlag, Tokyo. 245 (1999)