Visualizing ultrafast dynamics of molecular structure with femtosecond X-ray solution scattering

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H06141
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: Adachi Shin-ichi 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他, 理事 (60260220)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野澤 俊介 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (20415053)
• Project Period (FY): 2017-05-31 – 2022-03-31
• Keywords: X線 / 自由電子レーザー / 反応ダイナミクス / 時間分解

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to directly observe the ultrafast dynamics of molecular structures in solution by advanced femtosecond time-resolved X-ray solution scattering technique. In line with this objective, we have achieved a temporal resolution of less than 100 femtoseconds and succeeded in tracing the time evolution of the molecular structure of a gold complex trimer as it changes from moment to moment in the period of one picosecond immediately after photoexcitation. In parallel with this, we have developed time-resolved X-ray measurement methods not only for solution X-ray scattering but also for X-ray spectroscopy and X-ray diffraction.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、溶液光反応の初期過程における1ピコ秒以下の分子構造の変化を100フェムト秒以下の時間精度で直接観測することに成功した。このような研究成果は、この研究分野における世界的な研究潮流の最先端を行くものであり、極めてオリジナリティーの高い研究成果である。また、本研究手法は、実用的な人工光合成系の実現や、有機薄膜太陽電池の高効率化など、光化学分野でのイノベーションに向けた課題解決のための実験手法としても重要である。