2013 Fiscal Year Annual Research Report
極超短光パルスを用いた光合成アンテナにおける色素分子間相互作用の実時間計測
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25707028
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
小澄 大輔 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 特任准教授 (70613149)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超高速分光 / 光物性 / 光合成 / エネルギー伝達 / 非線形光学 |
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| Research Abstract |
植物及び細菌類の光合成器官は、自然が創造した地上で最も光エネルギー変換効率の良いナノバイオデバイスである。このような機能の発現には、光合成器官に含まれる色素分子群の最適化された空間配列及び、電子・振動状態の構造が重要な役割を果たすため、光合成機構の解明にはこれらの因子を厳密に理解することが要求される。本申請では、光合成初期過程であるアンテナ系における色素分子間励起エネルギー移動を、極超短光パルスにより励起されたコヒーレント分子振動を介して観測される色素分子間相互作用の時間発展という観点から明らかにすることを目的とした。
平成25年度は、光パラメトリック増幅器からの出力光である30フェムト秒光パルスを用いた時間分解分光法により、紅色光合成細菌アンテナ系に結合した色素分子の超高速現象の解明を行った。その結果、光合成アンテナに結合する色素分子群の相互作用を反映する分子間振動及び、分子内振動に帰属されると考えられるコヒーレント振動が明確に観測された。
新規に中空糸ファイバー光パルス圧縮器の導入を行い、パルス幅5フェムト秒の高強度極超短光パルス発生に成功した。この極超短光パルスを現有のポンプ・プローブ分光装置に導入し、Frequency Resolved Optical Gating (FROG)法によるパルスの評価を行ったところ、7フェムト秒以下のパルス幅が得られた。
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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
新規に導入を行った中空糸ファイバー光パルス圧縮器からの出力光は、試料に到達した段階で当初の目標であった10フェムト秒を上回る7フェムト秒のパルス幅を達成している。一方で、フーリエ変換限界パルス幅である5フェムト秒まで圧縮可能であることから、今後の工夫により更なる時間分解能向上の余地がある。
既存の光パラメトリック増幅器を使用したポンプ・プローブ分光及びアップコンバージョン法では、概ね予定していたパルス幅である30フェムト秒が達成されており、研究は順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度導入した中空糸ファイバー光パルス圧縮器からの出力光を用いた分光測定を行う。昨年度行った研究から、装置から出力された直後の光パルスは5フェムト秒であったものの、試料到達時には様々な光学素子を透過するため、パルス幅が7フェムト秒まで伸長していた。そのため、本年度はリアルタイムでパルス幅をモニターすることが可能なFemtometer(FemtoOptics社)を導入する。Femtometerを導入することにより、試料測定中においても随時パルス幅のモニターし、分散補償光学素子により常時パルス幅の最適化を行う。
最適化されたサブ10フェムト秒光パルスを用いた光合成アンテナ系の超高速分光測定を行う。分光測定手法としては、2(3)パルスポンプ・プローブに加えて、3パルス4光波混合(過渡回折法・フォトンエコー法)を行う。また、観測された信号は理論的な解釈が必要であるため、今後は理論解析も合わせて執り行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
年度末に参加を予定していた学会出張が、健康上の理由により取り消ししたため。
平成25年度の研究は、概ね予定通りに目標を達成することができたので、当初の予定にはなかった学会等へ参加し、成果発表を行うための出張費として使用する。
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