2013 Fiscal Year Annual Research Report
新しい界面選択的超高速分光の開発と液体界面ダイナミクス研究への応用
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24245006
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田原 太平 独立行政法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 主任研究員 (60217164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 祥一 独立行政法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 専任研究員 (60250239)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 界面 / ダイナミクス / 超高速分光 / 非線形分光 / 分子科学 |
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| Research Abstract |
前年度までに開発した、新しい界面選択的超高速振動分光である赤外励起の時間分解ヘテロダイン振動和周波発生（TR-HD-VSFG）分光法とその発展である二次元ヘテロダイン振動和周波発生（2D-HD-VSFG）分光法を用いた研究を推進した。まず、水の表面（空気/水界面）に適用して，水表面の水素結合ネットワークのフェムト秒振動ダイナミクスを研究した。空気/水界面のOH伸縮領域の定常スペクトルには、空気側に突き出たフリーなOHによるシャープな正のバンド、Hをバルク側に向けて水素結合した水分子による負のバンド、水表面に存在する強く水素結合した水分子ペアに帰属される正のバンドの3つが現れることが知られているが、2D-VSFGスペクトルにもこれら3つに対応する対角ピークが確認された。またそのうち、水素結合したOHの負のバンドに対応する二次元スペクトルのピークは対角線方向にわずかに伸張しており、このバンドの不均一広がりを示唆した。この対角線方向の伸張は数百フェムト秒以内に消失し、スペクトル拡散がきわめて高速で進行することがわかった。また、遅延時間0においても先に述べた3つのOH伸縮振動間の非対角ピークが観測された。これは時間分解能（200 fs）以内で振動の非調和性またはエネルギー移動によって3つのOH伸縮振動が強く結合していることを意味している。次に正電荷を持つ界面活性剤単分子膜と水の界面（これは正に帯電した水界面のモデルである）に多量の塩を加えた状態で赤外励起TR-HD-VSFG測定を行って帯電界面近傍のみの水分子のダイナミクスの観測に成功、カウンターイオンの種類によってダイナミクスに大きな違いが現れることがわかった。
以上の研究を進めながら、界面の溶質分子を紫外光で電子励起し、その後の光化学反応をHD-VSFG測定で追跡する紫外励起TR-HD-VSFG分光の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
きわめて順調に進展している。特に空気/水界面での2D-HD-VSFG測定は世界的に強い興味を集めている実験であるが、これを初めて実現し、論文発表できた。今だ水界面でこの種の実験が行えるのは世界でわれわれの研究室のみであり、世界を牽引している。これに加えて紫外励起TR-HD-VSFG分光の開発も順調に行え、すでに意味のあるデータを得た。これは当初の計画以上の成果と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
すでに世界的に見て突出した研究結果を出している。よってこの研究方針をそのまま強力に推進する。特にこれまでに観測した赤外励起時間分解ヘテロダイン振動和周波発生(TR-HD-VSFG)分光およびその拡張である２次元ヘテロダイン振動和周波発生（2D-HD-VSFG）分光を生体膜のモデルである脂質膜／水界面に適用し、そこでの超高速振動ダイナミクスの明らかにする。さらに新たに開発した光反応ダイナミクスを観測する紫外励起TR-HD-VSFG分光を用いて水界面に過渡的に生じる溶媒和電子のダイナミクスを明らかにする。
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