New avenue for structural dynamics by wave-packet imaging spectroscopy

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H03897
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Ohshima Yasuhiro 東京工業大学, 理学院, 教授 (60213708)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 分子分光 / 回転コヒーレンス / イオンイメージング / 分子クラスター

Outline of Final Research Achievements

We have developed "quantum-wave-packet imaging spectroscopy", where intense ultrashort laser pulses have been implemented to create rotational quantum wave packets of molecules, and spatiotemporal evolution of molecular orientation has been captured via time-resolved Coulomb-explosion imaging. By using an optical setup with > 10 ns delay time, we realize < 100 MHz frequency resolution. The present approach has been applied to observe pure rotational transitions of a number of weakly bound molecular clusters, such as rare-gas dimers, ethylene dimer and trimer, and dimers of nitrogen molecules, methane, and propylene.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光学遷移により引き起こされる輻射場と分子系とのエネルギーのやり取りを観測量とする従来の分光計測法とは大きく異なり、分子の空間配向分布という多次元的情報に立脚する分子分光を創成した点に、本研究の大きな意義・独自性が存する。窒素分子・メタン・プロピレンの２量体の結果は世界で初めての分光学的研究成果である。特に、前者の２つは分子間相互作用の基本モデルとして幾多の理論化学研究の対象となってきており、今回の成果は実験的レファレンスとして重要である。