2015 Fiscal Year Research-status Report
電子の集団運動を利用した高感度微視的化学環境プローブ手法の理論的開拓
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15K05394
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| Research Institution | The Open University of Japan |
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Principal Investigator |
安池 智一 放送大学, 教養学部, 准教授 (10419856)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズモン / 共鳴ラマン散乱 / 遷移密度分布 / 近接場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) Na, Au, Ag, Cu, Ptからなる金属クラスターとピラジン分子からなる複合系について共鳴ラマン散乱のスペクトルのシミュレーションを行い，増強度の系統的な調査を行った．プラズモン励起に伴う近接場が増強効果を生むという従来の立場をとれば大きな振動子強度を持つ励起が大きな増強効果を与えると考えられるが，そのような想定は必ずしも正しくないことが実証された．たとえばNa20クラスターとNa原子を比較したとき，いずれの粒子にも p_x, p_y, p_z に相当する双極型の遷移密度を持つ電子励起があるが，当然のことながらNa原子よりもNa20クラスターの方が大きな振動子強度を与える．しかしながら，増強度の観点からはNa原子の方がNa20クラスターに勝るという結果が得られた．ラマン活性度と関係する差遷移密度分布を見るとNa20クラスターのプラズモン励起もピラジン分子の振動の影響を大きく受けるが，その空間分布は遠視野観測にかかる双極成分が小さくなっていることが明らかとなった．すなわち，大きな増強効果を得るには必ずしも大きな振動子強度を持つクラスターではなく，より先端の尖った形状を持つクラスターもしくは原子を用いることの方が重要であると結論することができる．このことより従来は不向きとされてきた遷移金属も増強効果を用いた微視的化学環境のプローブとして利用できると考えられ，さらには遷移金属クラスター上で起こる触媒反応の「その場観測」への展開も可能になると考えられる．
(2) 増強度の吸着距離依存性については，プローブから見て等方的なモードについては分子の形の効果が平均化されることで（距離の12乗に反比例する）古典近接場描像と一致するが，一般には振動励起に対する励起プローブ粒子の電子運動の応答が重要でモードに強く依存することが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の研究実施計画では，(1) クラスターの構成元素・構造と増強度の関係を明らかにすること，(2) 吸着距離と増強度の一般的な関係を明らかにするの2点を目標とした．これらの両者について，上記「研究実績の概要」に示したような新たな知見を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 遷移金属クラスターの上で起こる触媒反応について，電子励起を援用した微視的プローブの可能性について数値計算に基づいた検討を行う．
(2) 上記と並行してこれまで本研究代表者が開発してきた開放系電子状態理論に基づくオリジナルの計算コードに Coupled-perturbed Kohn-Sham (CPKS) 法の実装を行う．これにより基板表面上での共鳴ラマン散乱過程のシミュレーションが可能となり，より定量的な検討が可能となる．こちらはベンチマーク計算も含め平成28, 29年度の2年計画で実施する．
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| Causes of Carryover |
海外渡航費を別予算で手当てしたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
学会発表を増やし研究成果の積極的な発信を行う．
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