2019 Fiscal Year Research-status Report
Dynamical Approach to Investigate Transition State on the Surface Chemical Reactions
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17KT0099
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山田 剛司 大阪大学, 理学研究科, 助教 (90432468)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2021-03-31
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| Keywords | 2光子光電子分光 / 走査トンネル顕微鏡 / 蛍光 / 芳香族炭化水素 / 励起子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子が吸着した固体表面における光化学反応は、分子-基板間における化学結合の切断と生成を伴う過程が存在し、固体表面と分子との間でおこる電荷のやりとりが反応開始のきっかけとなりうる。本研究の目的は、電荷移動に伴う界面電子状態の時間変化をフェムト秒スケールから捉えることにより、光励起後の遷移状態の理解と化学反応の制御ならびに脱励起の制御に直結する描像を得ることである。
3年度目となる今年度は、前年度までのペリレンの吸着系での実験結果を踏まえ，(1)時間分解測定におけるパルス遅延光路の整備を継続し、時間分解発光分光・時間分解2光子光電子分光の実施を行う (2)類似系である2次元芳香族炭化水素，ピレンによる単層膜の構造決定と光励起状態からの脱励起に伴う発光をとらえること を試みた。
(1)の装置改良に関しては，光学遅延ステージを新規に導入しようと試みたが，機器選定中に事業者が事業を廃止したために当初予定の仕様を満たす機器の選定に想定外の時間を要してしまうことがあった。このため，当該予算の繰り越し申請を行い(1)の一部計画を翌年度に持ちこすことにした。
(2)に関して，ペリレンより分子量が小さい，最小かつ安定に存在する2次元芳香族炭化水素であるピレン分子による超構造を確認することができた。STM(走査トンネル顕微鏡)やLEED(低速電子線回折)による構造観察では，単分子層ができていることが判明しており，基板温度によってその構造周期性が変わることも判明した。さらに，低温吸着時において，分子が凝集した際にレーザーで励起を行うと，紫外領域に近い波長で蛍光発光が起こっていることを確認した。前年度までに行ったペリレンの系との比較として，2量体などの分子による特異的な凝集構造が発光の有無に関係があるものと思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前項の(1)の装置改良に関し，光学遅延ステージを導入しようと試みたが，機器選定中に事業者が事業廃止した。このため当初想定の仕様を満たす機器の選定に時間を要した。したがって，繰り越し申請を行ったうえで(1)の実行を次年度に持ちこすことにした。現在，代替案として，光学ステージを用いない，光チョッパをもちいた時間分解発光分光の実施を検討している。光放出過程はナノ秒～マイクロ秒に至るやや遅い過程である。この発光は電子励起よりも遅いスケールで起こるため，代替案の仕様においても時分割情報の追跡が可能であると予想される。
一方で，前項(2)に関して，別の系であるピレン単層膜の構造決定と光励起状態からの脱励起に伴う発光をとらえること については大きな進展があった。前年度までに得られたペリレンの系との比較研究が可能になり，芳香族2次元炭化水素系の発光に関して系統的な理解が推進するものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で対象とした固体表面における光放出過程は，使用したレーザーの繰り返し周波数から考えると、ナノ秒～マイクロ秒に至るやや遅い過程であることが予想される。課題(1)時間分解発光分光の実施に関し，光チョッパを用い，ナノ秒スケールの遅延時間をつけた後の発光分光に取り組む予定である。課題(2)で述べた，類似系である2次元芳香族炭化水素，ピレンによる単層膜の構造決定と光励起状態からの脱励起に伴う発光をとらえること に関しては，LEED/STMで規定した構造と，2PPEで計測した電子状態の相関が取れつつある。なお，電子分光器は放出電子を角度ごとに記録できる角度分解測定に対応している。構造を規定した系において，バンド分散の折り返しが観測にかかることも期待される。電子状態が構造によって変調される例として，この部分に着目しつつ，計測を行っていく予定である。
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| Causes of Carryover |
当該年度においては光遅延ステージを購入し，時間分解発光分光測定を行う予定であったが，購入予定の会社が急慮事業を廃止した。このため，仕様の策定が困難となり，購入を見合わせたために剰余金が生じる結果となった。研究遂行のために計画を次年度延長して，繰り越し使用することにした。代替品を用いた研究の継続を行う予定である。
また，次年度が研究最終年度となるため，学会などの出張旅費・論文出版にかかる費用など，成果発表に係る費用にも積極的に使用する予定である。
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Research Products
(8 results)
