2023 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, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 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 / 光合成 / 二次元電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は光音響波励起と二次元振動分光を組み合わせることで過渡的局所構造からの緩和過程を追跡し、安定局所構造の再評価を行うために、中赤外光励起水中光音響波の効率的発生法の開発を行った。高強度ナノ秒中赤外光源（波長4500nm、繰り返し250Hz、パルス強度1 mJ）を用いて高強度水中光音響波発生を実現し、その観測を実施した。数ミリ程度の直径を有する大口径光音響波の長距離伝播（1cm以上）を実現させ、その非破壊イメージングへの適用デモンストレーションも実施した。
中赤外光を用いた二次元振動分光の実施に先駆けて、光合成タンパク質溶液に対してこれまで開発してきた可視二次元電子分光装置を適用し、色素分子間エネルギー移動や分子内振動コヒーレンスの観測を行った。光励起後に生じる色素分子間の高速エネルギー移動や、振動状態間の明瞭なコヒーレンスが観測された。我々が新たに開発した二次元電子分光装置により、これまでの研究と比べて高いシグナルノイズ比でかつ短時間に測定を完結させることができるため、これまでに得られている光合成アンテナタンパク質複合体における高効率エネルギー移動ダイナミクスに対する新たな知見を得ることができた。
本観測により準備した実験技術や解析手法は、新たに開発している二次元振動分光システムへ適用する予定である。
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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
二次元分光に対する解析手法の確立、二次元電子分光装置の開発とそれを用いた水溶液中ダイナミクスの観測、光音響波発生技術の確立を終えており、残すは二次元振動分光装置の完成とそれの混合溶液への適用を残すのみである。
中赤外光発生の安定化に苦慮しており、二次元振動分光装置はまだ立ち上げ段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は中赤外光源の安定化を早急に実施し、二次元振動分光装置の早期完成を目指す。
混合溶液へ本手法を適用し、微視的構造やそのダイナミクスの解明を目指した観測を実現させる。
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