ポンプ・プローブ光電子分光法による超高速量子過程の理論研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440170
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高塚 和夫 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (70154797)
• Keywords: 光電子分光 / 超高速動力学 / 電子移動 / 非断熱遷移

Research Abstract

我々は、フェムト秒領域のポンプ・プローブレーザーの遅延時間を変えながら、光イオン化の諸過程を観測することで、分子の実時間動力学を研究するための理論を展開している。光吸収・生成イオン・光電子のエネルギー・角度分布等を測定することによって励起状態の超高速ダイナミクスを追跡するのである。本研究では、散乱理論計算による精度の高い、核間座標の関数としてのイオン化遷移モーメントを繰り込んで、基底状態・励起状態・イオン状態の各ポテンシャル面上にある振動波束とその間の相互作用を同時にとりいれた量子力学的多チャンネル問題を扱う新しい運動方程式の定式化を行い、その計算実行のための方法論を開発し、振動波束のダイナミクスの理論計算を遂行した。この種の理論計算としては世界で初めてのものであり,また唯一のものである。多くの研究成果が得られ、今後更に多様な展開が期待されるが、本課題の最終的な成果の一つとして、分子内電子移動の実時間測定の量子力学的計算が完結したことが挙げられる。NaI分子を例として、その励起状態における電子移動過程の時間・エネルギー・角度分解光電子分光の計算を行ない、非断熱交差点を振動波束が通過するたびに起きる分子内での電子移動を光電子分光の各種シグナルとしてどのように観測されるかを直接示すことに成功した。NaI分子をケーススタディーとして詳しく調べたが、光合成等のエネルギー代謝過程に一般的に付随する、たんぱく質中の電子移動過程の研究に、重要な指針を与えた。

Research Products

• [Publications] H.Fujisaki, K.Takatsuka: "Highly Excited Vibronic Eigenfunctions in a Multimode Nonadiabaitic System with Duschinsky Rotation"J. Chem. Phys.. 114. 3497-3507 (2001)
• [Publications] K.Takatsuka: "Variational Statistical Theory for Microcanonical Ensemble and the Linear Surprisal in Chemical Reaction Dynamics"Chem. Phys. Lett.. 345. 453-460 (2001)
• [Publications] H.Ushiyama, T.Arasaki, K.Takatsuka: "Efficient Calculations of Classical Trajectories and Stability Matrices for Semiclassical Theory with Locally Analytic Inegrator. The Hulme"Chem. Phys. Lett.. 346. 169-176 (2001)
• [Publications] Y.Arasaki, K.Takatsuka, K.Wang, V.McKoy: "Energy- and Angle-Resolved Pump-Probe Femtosecond Photoelectron Spectroscopy : Molecular Rotation"J. Chem. Phys.. 114. 7941-7950 (2001)
• [Publications] H.Fujisaki, K.Takatsuka: "Chaos Induced by Quantum Effect Due to Breakdown of the Born-Oppenheimer Nonadiabaticity"Phys. Rev. E. 63. 066221-066231 (2001)
• [Publications] K.Takatsuka: "Amplitude-free Correlation Function Based on an Algebra for Coordinate Transformation in Semiclassical Integrals"Phys. Rev. E.. 64. 016224-016232 (2001)
• [Publications] A.Inoue, Ushiyama, K.Takatsuka: "Semiclassical Quantization of Strongly Chaotic Vibrations in M7-like Cluster"Phys. Rev. E.. 64. 056223-056238 (2001)
• [Publications] H.Ushiyama, K.Takatsuka: "Successive Mechanism of Double Proton Transfer in Formic Acid Dimer. A Classical Study"J. Chem. Phys.. 115. 5903-5912 (2001)
• [Publications] 高塚 和夫: "非平衡系の科学IV 分子の複雑性とカオス"講談杜サイエンティフィク. 182 (2001)