固体水素及びその関連物質の超高分解能分光に関する共同研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11694073
• 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, 名誉教授 (60025484)
• Keywords: 固体水素 / 放射線照射 / 高分解能分光 / 赤外分光 / 振動緩和 / ラマン活性 / 多体相互作用

Research Abstract

一般に固体や液体などの凝縮相の分光スペクトルは、局所的な環境の違いなどによって線幅が広がってしまうため、分光学的な手法を用いた凝縮系の詳細な研究は不可能であった。ところが、最も簡単な分子である水素分子の固体は凝縮系でありながら気相あるいはそれ以上の高分解能分光が可能である。本研究では、これまで不可能であるとされてきた固体などの原子・分子集団系における超高分解能分子分光を、量子固体として知られる固体水素及びその関連物質について行い、原子・分子集団系固有の多体相互作用や励起状態の動的挙動などを定量的に明らかにするとともに、凝縮系水素が関連する様々な物理・化学を明らかにすることを目的として研究を進めた。以下に代表的な成果を示す。(1)ガンマー線照射してできるイオンの電場によって誘起される水素分子の赤外吸収線の観測を行い、イオンが生成することによるまわりの結晶のひずみを高分解能分光により明らかにした。観測された吸収線は100MHz以下と非常に鋭く、生成したイオン電荷が完全に局在していることが示唆された。(2)固体中に捕捉した分子の振動回転線の高分解能分光をおこない、スペクトル線幅の温度依存性から、量子固体内の振動励起状態の緩和過程を明らかにした。(3)不純物を結晶内にドープする事により、水素分子のラマン活性な遷移が赤外活性になる事実を見いだした。これは不純物が結晶内に存在することにより、一様な電場が結晶内に発生することを示している。

Research Products

• [Publications] Simon Tam: "High Resolution Infrared Absorption Spectra of Methane Molecules Isolated in Solid Parahydrogen Matrices"J. Chem. Phys.. 119・9. 4191-4198 (1999)
• [Publications] Takamasa Momose: "High Resolution Spectroscopy of Ions in gamma-ray Irradiated Solid Parahydrogen"Physica B. 284-288, 387-388 (2000)
• [Publications] Hiroyuki Katsuki: "Observation of Rovibrational Dephasing of Molecules in Parahydrogen Crystals"Phys. Rev. Lett.. 84・15. 3286-3289 (2000)
• [Publications] Masaaki Miki: "Rovibrational Transitions and Nuclear Spin Conversion of Methane in Parahydrogen Crystals"Low Temp. Phys.. 26・9/15. 661-668 (2000)
• [Publications] Takamasa Momose: "Sharp Spectral Lines Observed in gamma-ray Ionized Parahydrogen Crystals"Phys. Rev. Lett.. 86・21. 4795-4798 (2001)
• [Publications] Hiroyuki Katsuki: "Observation of Discrete Energy States of Weakly Confined Vibron in Solid Parahydrogen"J. Chem. Phys.. (Accepted).