2017 Fiscal Year Research-status Report
凝集系の構造変化を誘起する短パルスレーザーの理論的研究とレーザー装置の調査
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16K05049
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
宮本 良之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (70500784)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 善恵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20509129)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 時間依存密度汎関数理論 / 量子コヒーレンス / 芳香族分子 / フェムト秒レーザー / 水分解反応 / 電場増強 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に調べたベンゼン、ナフタレン、アントラセン分子への反位相2パルス入射による、内部エネルギー上昇と降下の現象において、内部エネルギー降下を起こすためのコヒーレント時間を2個目のパルスの入射のタイミングを可変することで見積もれることを、時間依存密度汎関数理論によるシミュレーションを昨年から継続して行うことで見出した。また、有限温度条件を模擬したシミュレーションによる検証で、コヒーレンスが高温では保たれにくくなることを検証した。これらのシミュレーション結果をApplied Physics Letter誌に掲載し、分子内量子コヒーレンスの典型的時定数と分子サイズ依存性の理論値を提供した。
分担研究者の方には、レーザー装置の情報収集をお願いしており、昨年度は国内のフェムト秒レーザーに関して短パルス化を狙った装置開発の現状に関する情報収集をしていただいたが、今年度はサンフランシスコで開催されたPhotonics West2018に出席してもらい、わが国内では取り扱いメーカーの無いハイパワー化を狙ったレーザー開発の現状の情報収集をしていただいた。
昨年は2次元材料近傍で短パルスレーザーによる水分解が促進され、その原因が2次元材料近傍でのレーザー電場増強にあることを時間依存密度汎関数理論によるシミュレーションで示した。本年度は、さらに水分子の数を現実の水の密度に近いレベルになるまで増やしたモデルでのシミュレーションを行い、水分解に必要なレーザー強度閾値には大きな違いがみられず、水分子同士の相互作用による影響が小さいことを示した。また、レーザー分極方向を制御すれば、水分解のみを起こし近傍の2次元材料にはダメージが入らないことも示した。昨年と合わせたこれらの成果はPhysical Review B誌に掲載した。
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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
昨年度に設定した2つの短期目標、すなわち計算コードの高速化とレーザーにより蓄積された内部エネルギーの開放を促すレーザー波形設計は、ほぼ満たされた。また、昨年度に得られた知見2つを論文にまとめて発表することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最初に設定した、レーザー照射による分子のポリマー化にいたる現象の計算による探索を継続して行う。このために新たなモデル設定、すなわちナノ空間に分子を閉じ込めレーザー照射を行うことを想定したシミュレーションや固体表面近傍の分子のレーザー励起反応の計算を計画しており、最終年度の研究を遂行する。目的の現象に発見に至らない場合でも、計算遂行中のバイプロダクトとして、固体表面そのもののレーザー照射による構造変化や、レーザー照射によって誘起される電場変調効果などの新規な現象にも注意し、それらを応用した研究の提案に結び付けるよう努力する。
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| Causes of Carryover |
本計画で予定していた国内の学会および国際会議への参加が、予定より低額で済ませることができた。本年度は、計算機利用代72万円を光励起ダイナミクスの第一原理計算に、外国旅費58万円を本研究と関連する研究動向ヒアリングや成果発表に、国内旅費5万円を成果発表に用いるなどし、論文掲載費用など合わせ最終年度に支給される予算80万円と合わせて合計1,438,647円の予算を利用する見込みである。
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