2018 Fiscal Year Research-status Report
原子・分子の共鳴状態および光イオン化過程の理論研究
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16K05668
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
藪下 聡 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (50210315)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 末廣 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 訪問教授 (20087505)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光イオン化断面積 / 複素基底関数法 / X線領域光電子分光 / 相対論効果 / 多重極場 / ディラックハミルトニアン / スピン軌道配置間相互作用法 / 水分子クラスター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．これまでの研究で、分子の光イオン化過程の全断面積や微分断面積を、複素基底関数法を用いて効率的に計算できるようになった。一方、最近、分子の内殻X線領域の光電子分光が盛んになされている。この領域では、相対論や多重極場の効果が重要になるが、この問題を扱った理論計算はほとんど行われていない。そこで複素基底関数法を、多重極場を含むディラック方程式に拡張し、その有効性を調べた。
２．ウラン(91+)のディラックハミルトニアンを用いて、1s1/2電子の光イオン化問題に応用したところ、全断面積、微分断面積とも、600keV程度の光子エネルギーまで高精度に計算可能であることが分かった。さらにその微分断面積が顕著な相対論的効果を示すことを見いだした。400keVの光子エネルギーにおいて、光電子の角度分布のピークは、非相対論では、振動電場の向きを反映して、光の進行方向に垂直（θ=π/2)であるが、相対論効果を含めると特に磁場効果によりθ=π/6 になり実験と良く対応する結果を得た。
３．ICN分子は、その光分解反応の実験データが詳細まで知られている。ところがその電子状態には不明な点が多く、実験結果の原理的な理解には至っていない。そこでスピン軌道配置間相互作用法を用いた大規模計算により、光分解反応系のポテンシャル面と電気的遷移モーメントを理論計算により評価し、半古典論と古典的軌跡計算を併用することで、久しく謎であった、生成物CNの回転微細構造準位の非統計分布の原因、および円偏光を用いて解離した場合に、CNの回転角運動量が空間的に配向する原因が、量子動力学的な干渉効果にあることを明らかにした。
４．イオンと水分子の集合体であるクラスターの幾何構造および電子構造を理論的に調べ、特に水素結合の影響、第２水和圏あるいは第３水和圏にある水分子の重要性を明らかにした。
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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
本研究により、分子の連続電子状態用の複素数基底関数を高効率に作成でき、また従来、複素基底関数法では不可能であると考えられた微分断面積や多チャネルの場合の分岐比の計算も可能になった。計算技術的には、複素数の基底関数を有効に用いるもので、特に固有値問題としてではなく、線型方程式の問題を解くという斬新さを持っている。
最近発展が著しい重原子系X線領域光電子スペクトルの実験に対応するために、是非とも本研究で開発した理論手法の相対論化が必要であると考えている。本年度の研究実績の概要に記したように、その方向の下準備はうまく行っている。このため、本科研費の研究期間を１年間延長することにした。2019年度に相対論化の可能性を最終的に明らかにする所存である。
また、長年の謎を含むICN分子の光分解過程の詳細を明らかにすることが出来た。この光分解反応には、多くの量子論的干渉効果、さらに、様々な種類の共鳴効果や量子準位の閾値効果が含まれていることが期待される。これらの点も2019年度に明らかにする所存である。
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| Strategy for Future Research Activity |
重原子系X線領域光電子スペクトルの実験に対応するため、相対論を含む光イオン化断面積の理論計算を行う。具体的には最近拡張させた複素基底関数法を用いる。また数値積分法のプログラムも作っているので、それと併用して、答え合わせをしながら、計算方法を開発する。
複素基底関数法を１電子ディラックハミルトニアンに応用した結果は、予想通りのもので、計算可能性を示している。特に応用計算上、重要になる多重極場の影響を丁寧に調べる。例えばハミルトニアンに含まれる２電子項の遅延効果や磁場効果が、光電子の角度分布に及ぼす影響は、光電子のθ＝０の領域の角度分布に強い影響を及ぼす可能性がある。
ICN分子の光解離の問題に半古典動力学理論を応用して、様々な種類の共鳴効果や量子準位の閾値効果の生成可能性を調べる。
以上の研究成果発表のために、数回の学会発表の出張旅費を準備する。
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| Causes of Carryover |
当初、本研究の予定期間は2016-2018年であった。これまでの研究成果により分子の連続電子状態用の複素数基底関数を高効率に作成でき、また微分断面積も計算可能となった。しかし最近発展が著しい重原子系X線領域光電子スペクトルの実験に対応するには、是非とも本研究の相対論化が必要であると考えるに至った。そして最近のテスト計算によりその可能性が十分にあると判明した。この研究は本課題の中に置くべき内容であるため、１年間の延長を通して、主に数回の学会発表の出張旅費として、次年度に58万円余りの経費を準備することにした。
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