2022 Fiscal Year Research-status Report
赤外プラズモン増強場による高振動励起を基盤とした金属表面反応制御
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21K14584
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
森近 一貴 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (60885391)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子 / 振動励起 / 回転励起 / 赤外光 / フェムト秒レーザー / 反応制御 / プラズモニクス / 回転波束 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，赤外プラズモニクスと赤外フェムト秒レーザーという2つの光技術を駆使することで，赤外光電場による分子の振動・回転モードの強励起と，振動・回転励起による金属表面反応の制御を目指している．
昨年度は，赤外フェムト秒レーザーを光源としたポンプ・プローブ分光系を構築し，分子の第1振動励起状態への励起と振動緩和ダイナミクスを観測することに成功した．しかし，反応制御へと適用するためには，より高い振動励起状態に分子を励起する必要がある．また，特に気相分子の場合，狭帯域（<0.5 cm-1）の分子の吸収線を広帯域（~200 cm-1）にわたって測定する必要があるため，計測に時間がかかるという課題が残った．
そこで今年度は，中赤外フェムト秒レーザーの高パワー化による高振動励起状態への励起と，赤外光検出器のマルチチャンネル化による計測時間の短縮を試みた．昨年度使用したレーザーシステムと比べて，中赤外パルスのエネルギーは20倍以上となった．また，昨年度は単素子のHgCdTe検出器を使用していたが，今年度は256素子のPbSe検出器を導入した．
これらの光源と検出器を用いて，ポンプ・プローブ分光実験を行った．気相分子の第10振動励起状態への励起にともなう吸収変化スペクトルを観測することに成功した．さらには，吸収変化スペクトルの取得時間の短縮により，振動緩和ダイナミクスを詳細に計測することが可能となり，分子の回転波束が生成されたことに起因するビート信号の検出にも成功した．また，液相分子に対しても同様の実験を実施し，第9振動励起状態への励起を達成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上述のとおり，本年度は高パワー中赤外フェムト秒レーザーシステムとマルチチャンネル赤外光検出器を導入し，気相・液相分子の高振動励起状態への励起と振動緩和ダイナミクスの観測に成功した．高パワー中赤外フェムト秒レーザーシステムの導入の際，ポンプ・プローブ分光系を再構築する必要があったが，昨年度の経験もあり当初の予定よりも早く構築することができた．マルチチャンネル赤外光検出器の導入の際には，納期の遅れなどのトラブルもあったが，治具の設計や測定プログラムの構築などを前倒して実施することにより，予定通り進めることができた．
以上の理由により，本研究計画は「(2)おおむね順調に進展している。」と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の実験では，反応を制御する上で十分と言える振動励起状態に分子を励起するに成功した．
今後は，金属触媒表面における反応へと本手法を拡張し，振動・回転励起による反応効率の向上を理論・実験の両面から検証する予定である．
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