2021 Fiscal Year Annual Research Report
Revealing mechanisms of photo-induced dynamics in ordered/disordered materials by theory and experiments
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19K05103
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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, 上級主任研究員 (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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | TiO2表面 / エタノール分子 / 固液界面 / ナノ炭素材料 / パルスレーザー / レーザー照射 / 金属表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エタノールとTiO2による固液界面におけるレーザー照射後の構造変化のシミュレーションを行った。レーザー波長は実験に用いるものと同じ355 nmを仮定したがシミュレーションではパルスレーザー（半値幅30 fs、フルエンス150 mJ/cm^2）を想定した。TiO2単独、エタノール単独の場合と比較して両者が共存する系においては、TiO2表面の大きな膨張とエタノール分子から水素原子が脱離し、TiO2表面へリレーされるという現象が生じた。また、このような大規模計算を計算機のメモリーを節約しながら実行できるような手法として、光の電場をベクトルポテンシャルで表現するゲージを採用し、コードの改変を行った。このコードを遷移金属（CuとNi）表面のレーザー照射後のダイナミクスに応用することで、赤外波長800 nmのパルスレーザーではNiのほうがCuよりレーザー蒸発しやすいこと、Cuにおいて計算より見積もったアブレーションのためのレーザー強度閾値が実験的に報告されている値に近いことを見出し、この計算手法の妥当性と今後の複雑系におけるレーザー照射後のダイナミクスの探索に用いることができることを実証した。
一方酸化亜鉛ナノ粒子のエタノール分散液にナノ秒パルス(パルス幅: 約7 ns、波長355 nm、エネルギー密度: 100 mJ cm-2 pulse-1)を照射すると瞬間的な溶融現象を経て、相対的に可視光発光の少ない優れた結晶性を示唆する酸化亜鉛球状粒子が得られる。そこで照射エネルギー密度が酸化亜鉛の光学特性に及ぼす影響を調べたところ、300 mJ cm-2 puse-1で酸素欠損によると思われる400 nm付近の光学吸収があらたに観察された。しかし同様な現象は水を分散媒とした場合でも確認されたことから、酸化亜鉛の酸素欠損の導入は溶媒の影響は少ないことが明らかとなった。
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