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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Stereodynamics of electron-molecule collisions studied by using momentum transfer dependence

Research Project

Project/Area Number 25248002
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

高橋 正彦  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80241579)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywords化学物理 / 原子・分子物理 / 電子線散乱
Outline of Annual Research Achievements

電子が分子に衝突するとき、分子軸の向きが入射電子ビーム軸と垂直か平行か、あるいは遠方衝突か近接衝突かに依存して衝突の起こる確率や衝突の物理的内容が異なるのではないだろうか。本研究の目的は、そうした極めて基礎的な問いに初めて応える、電子・分子衝突の立体ダイナミクスという新しい研究分野の開拓である。具体的には、研究代表者らが世界に先駆けて開発した(e,2e+M)分光を展開し、分子配向と衝突径数の二つをパラメータとする電子衝撃イオン化断面積を測定する「電子・分子衝突の反応顕微鏡」として確立する。
上記の目的に向けて、真空チェンバー、電子エネルギー分析器、イオン二次元検出器、パルス電子銃、分子線源など試作を要する設備を組み合わせて前年度までにシステムとして立ち上げた装置を用いて、N2分子やO2分子等の単純二原子分子を標的とした実験を行った。例えば、MHz周期でナノ秒幅、エネルギー1.4-2 keVのパルス電子線を標的分子に衝突させ、F2Σg+イオン励起状態への遷移で生じる非弾性散乱電子と解離イオンとの同時計測を行い、それら二つの荷電粒子のエネルギー相関と角度相関を測定した。その結果、分子座標系での電子エネルギー損失分光断面積の角度分布が、予期した以上に鋭敏に、標的分子の空間的な向きや衝突径数に依存して変化することを見出した。また、電子衝突の利点を活かして、N2分子の光学禁制遷移(2Σg⇒1πg)にも取り組んだ。この場合は、分子座標系での散乱断面積が標的分子の空間的な向きや衝突径数によって大きく変化することのみでなく、遷移に関係する分子軌道の空間的形状にも強く依存することを見出した。
以上のように、本研究は所期の目標を達成し、一定の成果を得ることができた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (36 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] モスクワ大学(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      モスクワ大学
  • [Int'l Joint Research] 台湾国立交通大学(台湾)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      台湾国立交通大学
  • [Int'l Joint Research] ハッセルト大学(ベルギー)

    • Country Name
      BELGIUM
    • Counterpart Institution
      ハッセルト大学
  • [Int'l Joint Research] 中国科学技術大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      中国科学技術大学
  • [Journal Article] Electron Momentum Spectroscopy Investigation of Molecular Conformations of Ethanol Considering Vibrational Effects2017

    • Author(s)
      Y. Tang, X. Shan, S. Niu, Z. Liu, E. Wang, N. Watanabe, M. Yamazaki, M. Takahashi, X. Chen
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 121 Pages: 277-287

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.6b10009

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Influence of molecular vibrations on the valence electron momentum distributions of adamantane2017

    • Author(s)
      F. Morini, N. Watanabe, M. Kojima, M. S. Deleuze, M. Takahashi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 146 Pages: 094307-1-10

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4977060

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Relationship between interference pattern and molecular orbital shape in (e, 2e) electron momentum profiles of SF62016

    • Author(s)
      N. Watanabe, M. Yamazaki, M. Takahashi
    • Journal Title

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      Volume: 209 Pages: 78-86

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.elspec.2016.04.004

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Ionization propensity and electron momentum distribution of the toluene S1 excited state studied by time-resolved binary (e, 2e) spectroscopy2016

    • Author(s)
      M. Yamazaki, Y. Tang, M. Takahashi
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 94 Pages: 052509-1 -5

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.94.052509

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Interference effects on (e, 2e) electron momentum profiles: a comparative study for CCl4 and CF42016

    • Author(s)
      N. Watanabe, K. Katafuchi, M. Yamazaki, M. Takahashi
    • Journal Title

      The European Physical Journal D

      Volume: 70 Pages: 268-274

    • DOI

      10.1140/epjd/e2016-70516-7

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Vibrational Effects on Electron Momentum Distributions of Outer-Valence Orbitals of Oxetane2016

    • Author(s)
      Y. Tang, X. Shan, J. Yang, S. Niu, Z. Zhang, N. Watanabe, M. Yamazaki, M. Takahashi, X. Chen
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 120 Pages: 6855-6863

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.6b06706

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 励起状態の時間分解分子軌道イメージング2016

    • Author(s)
      高橋正彦, 山崎優一
    • Journal Title

      パリティ

      Volume: 31 Pages: 52-56

  • [Journal Article] 化学反応の行き先を変える“スイッチ” ―エネルギーの上昇で反応が切り替わる新現象―2016

    • Author(s)
      寺本央, 戸田幹人, 河野裕彦, 高橋正彦, 小松崎民樹
    • Journal Title

      化学

      Volume: 71 Pages: 25-30

  • [Presentation] Development of a highly sensitive atomic momentum spectrometer: Towards time-resolved imaging of atomic motions in momentum space2016

    • Author(s)
      Masaki Hosono, Masakazu Yamazaki, Yaguo Tang, Masahiko Takahashi
    • Organizer
      原子衝突学会第41回年会
    • Place of Presentation
      富山大学五福キャンパス・理学部多目的ホール(富山県富山市)
    • Year and Date
      2016-12-10 – 2016-12-12
  • [Presentation] 解離イオン同時計測EELSを用いたN2のinner valenceイオン化の研究2016

    • Author(s)
      渡邉昇, 山田聡, 高橋正彦
    • Organizer
      原子衝突学会第41回年会
    • Place of Presentation
      富山大学五福キャンパス・理学部多目的ホール(富山県富山市)
    • Year and Date
      2016-12-10 – 2016-12-12
  • [Presentation] 化学反応の時間分解原子運動イメージングに向けた超高感度原子運動量分光装置の開発2016

    • Author(s)
      細野雅貴, 山崎優一, Yaguo Tang, 高橋正彦
    • Organizer
      第16回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス・さくらホール(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-12-07 – 2016-12-08
  • [Presentation] 時間分解電子散乱による化学反応の研究2016

    • Author(s)
      山崎優一, 高橋正彦
    • Organizer
      ファイブスターアソシエーション・ダイナミックアライアンス G3分科会
    • Place of Presentation
      北海道大学工学部・フロンティア応用科学研究棟鈴木章ホール(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-12-02 – 2016-12-03
  • [Presentation] 相空間構造解析に基づく新たな反応動力学理論の展開と新規の反応メカニズム「反応座標スイッチング」の予測2016

    • Author(s)
      戸田幹人, 寺本央, 高橋正彦, 河野裕彦, 小松崎民樹
    • Organizer
      ファイブスターアソシエーション・ダイナミックアライアンス G3分科会
    • Place of Presentation
      北海道大学工学部・フロンティア応用科学研究棟鈴木章ホール(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-12-02 – 2016-12-03
  • [Presentation] Towards time-resolved imaging of electron and nuclear motions in momentum space2016

    • Author(s)
      Masahiko Takahashi
    • Organizer
      Stereodynamics (Stereodynamics 2016)
    • Place of Presentation
      Taipei (Taiwan)
    • Year and Date
      2016-11-06 – 2016-11-11
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Recent progress towards momentum-space imaging of transient molecular orbitals and atomic motions during a chemical reaction2016

    • Author(s)
      M. Yamazaki, M. Hosono, Y. Tang, K. Oishi, H. Nakazawa, C. Zhu, M. Takahashi
    • Organizer
      Stereodynamics (Stereodynamics 2016)
    • Place of Presentation
      Taipei (Taiwan)
    • Year and Date
      2016-11-06 – 2016-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 時間分解電子非弾性散乱分光法の開発による物質内電子・原子移動の可視化2016

    • Author(s)
      山崎優一, 細野雅貴, Yaguo Tang, 大石慶也, 中澤博之, Chaoyuan Zhu, 高橋正彦
    • Organizer
      東北大学多元物質科学研究所イノベーション・エクスチェンジ2016
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス・さくらホール(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-10-27 – 2016-10-27
  • [Presentation] CO2、エチレン及びブタジエンのπ軌道の電子運動量分布の比較研究2016

    • Author(s)
      中島功雄, 山崎優一, 渡邉昇, 高橋正彦
    • Organizer
      第10回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [Presentation] 化学反応中の原子核運動の可視化へ向けた超高感度原子運動量分光の開発2016

    • Author(s)
      山崎優一, 細野雅貴, 唐亜国, 高橋正彦
    • Organizer
      第10回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [Presentation] 解離イオン同時計測EELSを用いた二原子分子のinner valenceイオン化の研究2016

    • Author(s)
      渡邉昇, 山田聡, 高橋正彦
    • Organizer
      第10回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [Presentation] Recent progress towards time-resolved imaging of molecular orbitals in momentum space2016

    • Author(s)
      Masakazu Yamazaki, Masahiko Takahashi
    • Organizer
      12th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics (AISAMP12)
    • Place of Presentation
      Changchun (China)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A comparative study on electron momentum profiles of the π orbitals of CO2, ethylene and 1,3-butadiene2016

    • Author(s)
      I. Nakajima, M. Yamazaki, N. Watanabe, M. Takahashi
    • Organizer
      12th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics (AISAMP12)
    • Place of Presentation
      Changchun (China)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a highly sensitive atomic momentum spectrometer: Towards time-resolved imaging of nuclear motions in momentum space2016

    • Author(s)
      M. Hosono, M. Yamazaki, Y. Tang, M. Takahashi
    • Organizer
      12th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics (AISAMP12)
    • Place of Presentation
      Changchun (China)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Vibrational effects on electron momentum distributions of dimethyl ether2016

    • Author(s)
      M. Kojima, N. Watanabe, F. Morini, M. S. Deleuze, M. Takahashi
    • Organizer
      12th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics (AISAMP12)
    • Place of Presentation
      Changchun (China)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Progress towards time-resolved imaging of molecular orbitals and nuclear motions in momentum space2016

    • Author(s)
      Masahiko Takahashi
    • Organizer
      International Conference on Many Particle Spectroscopy of Atoms, Molecules, Clusters and Surfaces (MPS 2016)
    • Place of Presentation
      Moscow (Russia)
    • Year and Date
      2016-08-23 – 2016-08-26
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Present status of time-resolved (e, 2e) electron momentum spectroscopy: Towards real-time imaging of electron motion in matter2016

    • Author(s)
      M. Yamazaki, K. Oishi, H. Nakazawa, Y. Tang, C. Zhu, M. Takahashi
    • Organizer
      Case Western Reserve University - Tohoku University 3rd Joint Workshop
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス・さくらホール(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-08-09 – 2016-08-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards time-resolved imaging of electron and nuclear motions in momentum space2016

    • Author(s)
      Masahiko Takahashi
    • Organizer
      The 6th China-Japan-Korea Joint Seminar on Atomic and Molecular Processes in Plasma (AMPP2016)
    • Place of Presentation
      Chengdu (China)
    • Year and Date
      2016-07-26 – 2016-07-29
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecular orbital imaging of excited states using time-resolved (e, 2e) electron momentum spectroscopy2016

    • Author(s)
      M. Yamazaki, K. Oishi, H. Nakazawa, Y. Tang, C. Zhu, M. Takahashi
    • Organizer
      International Conference on Ultrafast Phenomena 2016
    • Place of Presentation
      Santa Fe (USA)
    • Year and Date
      2016-07-17 – 2016-07-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards time-resolved imaging of electron and nuclear motions in momentum space2016

    • Author(s)
      Masahiko Takahashi
    • Organizer
      6th International Workshop on the Physics at EBITs and Advanced Research Light Sources (PEARL 2016)
    • Place of Presentation
      Shanghai (China)
    • Year and Date
      2016-06-10 – 2016-06-13
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of a highly-sensitive atomic momentum spectrometer: Towards momentum-space imaging of nuclear motions during a chemical reaction2016

    • Author(s)
      M. Yamazaki, M. Hosono, Y. Tang, M. Takahashi
    • Organizer
      32nd Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Place of Presentation
      大宮ソニックシティ (埼玉県さいたま市)
    • Year and Date
      2016-06-01 – 2016-06-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron-impact induced inner-valence ionization of N2 and O2 studied by electron-ion coincidence spectroscopy2016

    • Author(s)
      N. Watanabe, S. Yamada, M. Takahashi
    • Organizer
      32nd Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Place of Presentation
      大宮ソニックシティ (埼玉県さいたま市)
    • Year and Date
      2016-06-01 – 2016-06-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 化学反応の行き先を変えるスイッチ―エネルギーの上昇で反応経路が切り替わる新奇現象2016

    • Author(s)
      寺本央, 戸田幹人, 河野裕彦, 高橋正彦, 小松崎民樹
    • Organizer
      平成27年度アライアンス成果報告会
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス・銀杏会館(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2016-05-17 – 2016-05-17
  • [Remarks] 髙橋正彦研究室研究内容

    • URL

      http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/takahashi-m/research/

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-02-16  

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