2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16J04833
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
河野 直子 首都大学東京, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 原子分子 / 炭素 / 再帰蛍光放出 / 静電リング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では孤立した炭素分子負イオンC10-の冷却過程を解明することを目的とする．
小さい炭素分子負イオンCn-の輻射冷却には，電子構造に起因する偶奇性が観測される．高い内部エネルギー状態において，nが偶数のときは再帰蛍光と呼ばれる電子過程によって速やかに冷却されるが，nが奇数のときは再帰蛍光の寄与が無視できるほど小さく，振動遷移によって赤外線を放出しゆっくりと冷却されることがわかっている．また，小さいCn-は直鎖状であるが，サイズが大きくなるとC10-を境に環状の構造異性体がより安定になると考えられている．直鎖状C10-に関しては理論上再帰蛍光放出による急速な冷却が見込まれ，一方環状は振動遷移による遅い冷却が見込まれる．
本年度は，イオン源で生成した高温のC10-に構造異性体との平衡が存在し，それが冷却過程に影響を及ぼすのかを確認するために，以下の2つの実験に取り組んだ．
1. 高温のCn-(n=3-12)をサイズ選別して静電リングに蓄積し，電子脱離によって生成された中性粒子収量の時間変化を検出した．n≦9では上記の偶奇性に従ったが，n≧10ではその偶奇性を失い，nが偶数のイオンにおいても数msの時定数でゆっくりと冷える様子が見られた．これは蓄積イオン集団内に直鎖状の負イオンだけでなく，環状構造の負イオンも混在することを示唆する．
2. 高温なC10-に波長可変レーザーを照射し，様々な光子エネルギーにおいて光吸収誘起の中性粒子収量を測定した．照射する光子エネルギーが低いほど収量の減衰が遅くなることが分かった．全ての光子エネルギーで，減衰曲線の形状は再帰蛍光による冷却の特徴であるexp(-kt)/t型に従い，これは，見かけ上，脱離信号が直鎖状C10-由来であることを示唆しているが，実際には単純な光吸収脱励起だけでなく異性化の影響も絡んだ複雑なプロセスによる現象であると考えられる．
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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
本研究ではあらかじめ冷やしたC10-に対してレーザー照射実験することを目指している．しかし当初の計画の順番を替え，現行のレーザーアブレーションイオン源を用いて高温C10-の実験を行ったところ，励起レーザーの光子エネルギーで減衰速度が変化するという，炭素原子の数が9以下の小さい分子負イオンでは見られないような興味深い実験結果が得られた．今後行う予定である冷えたC10-での実験との比較データとしても十分な情報を得たと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
励起レーザーの波長だけでなく照射するタイミングも変化させることで内部エネルギー分布の時間変化を内部エネルギーごとに追い，より詳細に冷却の様子を観測する．また，当初の計画に立ち戻り，冷えたイオンでの実験に着手する．
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