2011 Fiscal Year Research-status Report
超短レーザー誘起非断熱電子ダイナミクスを利用した芳香族分子の運動制御理論の開発
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23750003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
菅野 学 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30598090)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 超短レーザーパルス / 電子ダイナミクス / 芳香族分子 / 環電流 / 非断熱結合 / 波束動力学計算 / 国際情報交流 / 台湾 |
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| Research Abstract |
レーザーの高強度・短パルス化に伴い、アト秒から数フェムト秒のパルス長を持つレーザーパルスを用いた超短時間領域での分子内電子ダイナミクス制御が期待されている。我々はこれまでに、キラル芳香族分子の光誘起π電子回転と分子振動の非断熱結合を数値シミュレーションによって解析し、分子振動の振幅がπ電子の芳香環に沿った回転方向に著しく依存することを見出していた。分子内を超高速で運動する電子が原子核の運動に支配的に影響することを示している。これを踏まえて、本研究は、超短レーザーパルスとそれに誘起される電子と原子核の非断熱結合を利用した芳香族分子の運動制御理論（非断熱分子運動制御理論）の開発を目指すものである。多原子分子における分子振動と結合した電子ダイナミクスは、化学反応を左右する因子でありながらこれまで殆ど研究例の無かった化学的に重要な問題である。平成23年度は、「芳香族分子における光誘起π電子回転と分子振動の非断熱結合の理論解析」に取り組んだ。光誘起π電子回転と結合して断熱ポテンシャル曲面の間を遷移する核波束の干渉機構を調和近似に基づく簡単な1次元モデルを用いて理論解析し、核波束の干渉効果（建設的か相殺的か）が直線偏光レーザーパルスの偏光方向によって決定されることを明らかにした。また、直線偏光だけでなく、円偏光や楕円偏光までも包括した任意の偏光を持つレーザーを扱える形式に理論を拡張し、光誘起π電子回転が生成する角運動量を一般的に定式化することに成功した。レーザーの楕円率と配向を調節することにより、芳香族分子のπ電子回転と分子振動の両方を制御することが可能である。
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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
平成23年度に計画していた「芳香族分子における光誘起π電子回転と分子振動の非断熱結合の理論解析」がおおむね達成できたため。「研究実績の概要」で述べた核波束の干渉機構に関する解析の成果を論文として国際誌に発表することができた。また、任意の偏光を扱える形式に拡張した理論に関しても論文投稿準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「光誘起π電子回転の分子キラリティー同定法としての応用」に取り組む。これまでの成果から、フェムト秒スケールの分子振動を分光学的に観測することでアト秒スケールのπ電子の回転方向を特定できることが示唆されている。また、π電子回転と分子振動の非断熱相互作用はキラル芳香族分子の異性体によって異なる。これらを応用すれば、光励起されたキラル芳香族分子の振動スペクトルを解析することで分子キラリティーを原理的に同定できるはずである。光誘起π電子回転と結合した分子振動を観測するための時間分解Raman散乱スペクトルの理論計算法を開発し、超短レーザーパルスを用いた新規かつ高速な分子キラリティー同定法を理論的な立場から提案する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
1. 時間分解Raman散乱スペクトルの理論計算に使用するワークステーションの購入と東北大学大型計算機の使用料2. これまでの研究成果を発表するための国内および外国旅費3. 光誘起π電子回転と分子振動の非断熱結合を数値解析するためのプログラム改良に従事する研究支援者の雇用4. 関連書籍やソフトウェアの購入、その他なお、次年度使用額は今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成24年度請求額と合わせて次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。
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