Development of chirality detection methods using intense laser field circular dichroism

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18929
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Hishikawa Akiyoshi 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (50262100)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: レーザートンネルイオン化 / 強レーザー場 / 光電子円二色性 / キラル分子 / 電子ーイオンコインシデンス / 運動量分光

Outline of Final Research Achievements

Electron-ion coincidence 3D momentum imaging of chiral molecules in intense laser fields using a high repetition femtosecond laser has been performed. It was found that the momentum distribution of tunneling electrons produced by laser tunnel ionization shows distinct differences depending on the direction of rotation (or helicity) of the circularly polarized laser fields. The tunneling electron circular dichroism was found to vary in its amplitude and sign by the ion species produced by the tunneling electrons. This indicates that (1) laser tunnel ionization reflects the chiral structure of the molecule, and that (2) the effect of the chiral potential varies depending on the electronic state (molecular orbital) involved in the ionization.

Free Research Field

光物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，強レーザー場におけるトンネルイオン化によって生成した電子の運動量分布から分子のキラル構造に由来する性質が読みだせること，またイオン化経路によってその円二色性が異なることを示したもので，レーザートンネルイオン化の基礎的な理解に貢献するものである。トンネルイオン化は，イオン化に際して電子状態間遷移への共鳴を必要としないことから，様々な分子に対して適用が可能であり，広い汎用性を備えた新しいキラリティ高感度検出法の構築への足がかりになるものである。また，その高い時間分解能を利用することで，反応過程におけるキラリティ変化を捉えるための時間分解計測に向けた展開が期待される。