Infrared emission mechanism of fullerene C60 and its cosmic abundance

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05438
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: Wakabayashi Tomonari 近畿大学, 理工学部, 教授 (30273428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畑中 美穂 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (80616011) ; 兒玉 健 神奈川工科大学, 公私立大学の部局等, 教授 (20285092)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 赤外発光スペクトル / 振動スペクトル / 温度依存性 / 分子対称性 / ボルツマン分布 / 自然放出

Outline of Final Research Achievements

In relation to estimation of the abundance of cosmic fullerene C60, laboratory measurements of infrared (IR) emission spectra of C60 thin films were conducted and theoretical analyses of temperature dependence of the IR emission band intensities were performed. Within the range between ambient temperatures and 90°C, temperature dependence of the four IR-active emission bands of C60 showed excellent agreement between experiments and theory. This work opened the way of experimental and theoretical studies on molecular IR emission and is expected to be applied to researches of cosmic abundance of molecules in space. The achievement of this study has been published in the APS journal of Phys. Rev. B, Vol. 109, 035409 (2024).

Free Research Field

物理化学, 分子分光学, 星間分子化学, ナノサイエンス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

2010年に惑星状星雲の赤外発光スペクトルにおいて存在が明らかになったフラーレンC60だが、存在量については算定の根拠となる基礎的なデータが確立されていなかった。本研究では、実験室データを定量的に解析するための理論的枠組みを明確に示すことに成功した。これにより、なぜC60分子の赤外発光バンド強度が温度によってどのように変化するかをその理由とともに示すことができた。本研究が示す実験手法と解析方法はC60のみならず他の分子にも適用可能であることから、今後の発展が期待される。