2014 Fiscal Year Research-status Report
高縮重電子励起状態における化学反応相の開拓： ホウ素クラスターを例として
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25810001
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
米原 丈博 東京大学, 総合文化研究科, 研究員 (30645966)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 非断熱電子動力学 / 高縮重励起状態 / 反応制御 / 化学反応場 / レーザー場 / ホウ素クラスター / 量子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
短レーザーパルス照射により分子の高擬縮重励起状態に非定常電子波束を発生させ、(1)新規な化学反応経路の発現(2)その制御と最適化(3)動力学過程観測を目指す理論研究を引き続き進めた。電子多様性に富むクラスター励起状態が持つ反応性について、化学反応電子動力学の理論を第一原理電子状態計算に実装した自開発プログラムを用い調査を進め、計６回の学会研究会（内1回は招待講演）において成果を発表した。具体的には、ボロンクラスターを対象に、価電子軌道空間における電子欠損性に起因し、動力学において頻発する複雑な多体電子状態間の準位近接と状態の非断熱混合、加えて柔軟な化学結合変化を伴う電子揺らぎに伴って発現し得る、化学反応場の基礎知見に関して、以下の内容を発表した。
開発と検討を進めてきた、反応過程との相関が期待される電子動力学励起成分を抽出し解析する方法を、ボロン系クラスター及びこれを含む反応系に適用した結果、擬縮退する励起状態群においては、不対電子成分がそれらの分別に有用であること、特に非定常な電子波束に対しても同様であることがわかった。更には、この成分の二体相関量を用いると、一体成分ですら分別できない状態を区別できる事が明らかとなった。低励起状態群と高励起状態群とでは状態密度の疎密に関連し反応に関わる不対電子の空間揺らぎに特徴的な相違が現れうる事を示した。また、レーザーパルス応答を調べる事で、原子サイト不対電子量の交差相関がレーザー分極方向と電子状態準位に特徴的な依存性を示す事を、ab-initio模型の下で見出した。不対電子の外場及び動力学応答を調べる事によって、反応過程において変化する励起状態や非断熱電子波束の特徴付けが可能となる。励起状態での化学反応性を知る手がかりとなる、外部摂動応答調査への展開と応用が期待できる。
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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
高擬縮重状態での非断熱化学動力学に伴う電子励起成分と反応活性度を探る為に、不対電子成分の励起状態依存性とレーザー場依存性を調べ、系の局所的及び大域的励起特性の知見を深めた。レーザーパルス応答に関する系統的調査を通じ、不対電子量の原子サイト交差相関がレーザー分極方向と電子状態準位に対して特徴的な依存性を持つ事を、系の準位分布及び電子特性を反映するab-initio模型の下で見出した。クラスター内部の不対電子原子サイト交差相関増強は、照射するレーザーパルスの分極方向に依存し、また反応性の増加と顕著に相関することを見出した。更に、不対電子成分の結合次数密度分布形状に、反応進行部位特有の励起電子構造変化が反映されることがわかった。これらは、複雑な励起状態での反応性に関する、クラスター部位依存性についての知見の深化につながる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、以下を予定している。(1) 過渡的な電子励起特性と反応性の相関についての知見を深化させる為、とくにサイト依存性に留意して動力学データの収集を行い、その理論解析を進める。(2) クラスターへの原子付加部位依存性とレーザー場中での非断熱化学反応性の相関に関する電子波束解析を行う。(3) 系のレーザーパルス応答としての化学反応性変化について、パラメーターに対する相図を作る。(4) 相図形状にあわせ、各区域毎の励起電子波動関数特性を調べる。(5) 上の情報を元にして、反応性が高くなる電子状態を実現するに相応しい条件を探る。
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| Causes of Carryover |
前年度は頂いた資金を主に科学計算用の高速計算サーバー2台と必要書籍の追加購入及び学会への参加費に充当し、該当年における成果獲得と目的達成の効率化に向けた次年度研究方針の更新につなげる事ができましたが、資金充当を予定していた計算機及びソフトウェアの購入に関して、自開発計算プログラムの進展と計算機の技術進歩に応じた性能向上に鑑みて、予定していたソフトウェア購入の資金を次年度の研究活動に当てることが適切であると判断し、余剰分を本年度に引き継ぐ申請をさせて頂くことにしました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度の繰り越し分とあわせた使用額を、（１）海外学会への参加及び移動宿泊費用 及び、（２）研究成果公開を目的とした出版費用に充当することを予定しています。
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