2022 Fiscal Year Annual Research Report
Structure and dynamics of water-alcohol mixture studied by photo-acoustic wave and THz-mid IR two-dimensional spectroscopy
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21H01898
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
坪内 雅明 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員 (40392039)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 二次元振動分光 / 混合溶液 / 光音響波 / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は昨年度から開発を開始しているテラヘルツ－中赤外－近赤外二次元振動分光装置の開発を継続した。中赤外レーザー光の安定発生を実施するとともに、光音響波発生の効率化とその評価を実施し、専門学術誌に報告した。また純水だけでなく水・エタノール混合溶液へ適用し、光音響波の速度に対するエタノールモル分率依存性の測定を実施した。先行研究同様、強い依存性を観測できた事から、溶液の局所構造やマクロな性質がエタノールモル分率で大きく変化している事がわかった。本測定から、二次元振動分光以外にも、溶液組成等の非接触かつリアルタイム測定を可能とするアプリケーションへの道を開いた。
二次元振動分光装置の開発に対しては、その前段階としての二次元電子分光装置の構築及びその解析手法の構築を終えた。光受容性タンパク質内に存在する振動コヒーレンスの存在を明瞭に示すことで本装置の性能を示し、二次元振動分光への展開が可能となった。二次元電子分光の装置開発とその結果について、専門学術誌や国内学会で報告した。
その開発を踏まえて、テラヘルツ－中赤外－近赤外二次元振動分光装置のための各波長のレーザー光の発生及びそれらを用いた光学系の構築を終え、二次元振動分光実験の準備を進めた。
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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
純水、及び水溶液や混合溶液内を伝播する光音響波をテーブルトップ装置を用いて発生させる手法を確立し、今後多方面への応用を可能とした。
また、可視光を用いた二次元電子分光装置とその解析手法を完成させた事で、二次元振動分光装置開発への道筋をつけた。すでに二次元振動分光装置のための光源の開発及びそれらを用いた光学系の構築を終えたが、信号の検出には至っていない。
しかし装置はほぼ準備できたことから、おおむね計画どおり順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はすでに開発澄みの液膜発生装置を用いて、水に対して二次元振動分光装置を適用し信号を得る。
また、光音響波発生法はすでに確立している。水に光音響波で瞬間的に高い圧力をかけることで溶液構造を変化させ、その変化がどのように二次元振動分光の結果に反映されるかを精査する。本研究は光音響波照射による水や水と関係する混合溶液の振動運動やその相関の変化から、局所的溶液構造の詳細を明らかにすることが目的である。一方で、溶液構造の変化に由来して、溶液の化学組成により光音響波が伝播する速度が変化することに着目すれば、溶液の定量分析を非接触リアルタイムで実現できる事がこれまでの研究でわかってきた。次年度以降、本研究で開発した光音響波発生法の幅広い応用研究も視野にいれて研究を推進していく予定である。
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