2015 Fiscal Year Research-status Report
内殻励起ダイナミクス計測から探る導電性有機分子の高速電荷移動評価
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26390019
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
和田 真一 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60304391)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非接触導電性計測 / 内殻励起反応 / サイト選択的結合切断 / 共鳴オージェ電子分光 / Core-hole clock法 / 自己組織化単分子膜（SAM） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で着目している軟X線を用いた内殻電子励起の最大の特徴は、価電子励起とは異なる局所的な電子遷移であり、分子内の特定の原子を選択的に励起することができる点にある。したがって内殻共鳴励起によって原子レベルで局所的に電荷を発生させることができる。そしてその電荷の非局在化ダイナミクスは、内殻励起特有のオージェ崩壊や選択的イオン脱離の変化として計測できると考えられる。そこで、反応性官能基をもつ自己組織化単分子膜（SAM）での共鳴オージェ電子分光とイオン脱離反応について、これらと電荷移動との相関性を検証するため、本年度は以下の2項目を実施した。
(1) メチルエステル修飾SAMを試料として、高エネルギー加速器研究機構のPF単バンチ運転による飛行時間型イオン質量分析（TOF）測定で得られた脱離イオン種毎の収量スペクトルについて、申請者が考案した選択性の解析手法に今回新たに統計論的動力学解析を加味することで考察した。これにより、各SAMにおけるイオン脱離の選択性を反応メカニズムと関連付けて定量的に評価・比較することができた。そして、導電性が高い芳香環を主鎖にもつSAMだけでなく、絶縁性の高い長い脂肪鎖をもつSAMの低い導電性についても簡便に評価できるようになった。
(2) 次のステップである、電極間架橋による分子接合条件に近い分子系として、中間に反応性官能基（局所電荷発生部位）をもつジチオールで２つの金ナノ粒子間に架橋した粒子系での薄膜試料の作成・評価を目指している。しかしながら市販の金ナノ粒子は周囲を保護剤でコーティングされており、上記試料の作成が容易ではないことが分かった。そこで本年度は、液中レーザーアブレーションによる金ナノ粒子の作成を試み、粒子径が10nm程度の均一かつ保護剤コーティングがなされていないナノ粒子の作成に成功した。
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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
これまでの2年間では、芳香鎖が異なる幾つかのSAM試料を作成し、イオン脱離反応計測および電子移動計測の実施を計画していた。
イオン脱離計測については、高エネルギー加速器研究機構の放射光施設PFでの単バンチ運転によるTOF測定を必要とするが、同運転が実施されなかったことから、放射光パルスセレクターを併用したハイブリッド運転で計測実験を実施した。この場合、高強度のアンジュレーター光を用いても放射光のチョッピングにより十分な強度のパルス放射光を得ることができず、十分な信号強度のTOF測定は困難であった。一方で、今回新たに統計論的動力学解析をベースとした新しいイオン脱離の解析手法を考案し、各SAMにおけるイオン脱離の選択性を反応メカニズムと関連付けて定量的に評価・比較することに成功し、分子導電性を間接的に評価する手法を見出すことができた。
電子移動計測については、イオン化しきい値以下のπ*,σ*共鳴励起状態で精密に行い、オージェ強度の分岐比から電子移動速度を決定することができ、導電性鎖長の違いによる電子移動速度の変化を考察することができた。また、実際の電極間架橋による分子接合条件を模倣した試料系の作成にあたり、被覆されていない裸の金ナノ粒子の作成に成功した。このナノ粒子を用いることで次年度は、中間に反応性官能基（局所電荷発生部位）をもつジチオールで２つの金ナノ粒子間に架橋した粒子系で薄膜試料を作成することが可能である。
以上のことから、これまでの2年間での達成目標の大半を遂行することができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の遂行に欠かすことができない脱離イオン測定には、PF単バンチ運転でのTOF計測実験を必要とするが、高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所の方針により、次年度はユーザータイムが大幅に削減され、単バンチ運転の実施が行われない予定である。一方で、並行してパルスセレクター装置が導入され、同装置を用いたハイブリッド運転の単バンチ化の整備が進展している。同施設担当者と綿密に連携をとりながら、次年度でのパルスセレクターを併用したハイブリッド運転によるパルス放射光の利用に備える。併せてHiSORでのオージェ電子分光計測手法およびデータ解析手法の改良を試みるとともに、PFでのイオン脱離計測と同一試料での電子計測にも取り組む予定である。
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| Causes of Carryover |
H27年度は、高エネルギー加速器研究機構のPFにおいて単バンチ運転が施設方針により実施されなかったため、イオン脱離計測研究の一部計画を変更し、イオン脱離データの新規解析手法の確立と広島大学HiSORでの共鳴オージェ電子分光計測による電子移動速度評価に専念することとした。そのために実験出張費および装置改良のための消耗品費で未使用による次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
このため次年度は、現在高度化が進められているパルスセレクターでPFのハイブリッド運転から単パルスを取り出す手法（施設側が整備・提供）を利用することで、内殻励起イオン脱離反応のTOF計測を実施することとし、発生した次年度使用額は、同実験研究に必要な装置の改良および研究成果のシンポジウムでの発表の経費に充てる。
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[Journal Article] Electron spectroscopy of rare-gas clusters irradiated by x-ray free-electron laser pulses from SACLA2016
Author(s)
H. Fukuzawa, T. Tachibana, K. Motomura, W.Q. Xu, K. Nagaya, S. Wada, P. Johnsson, M. Siano, S. Mondal, Y. Ito, M. Kimura, T. Sakai, K. Matsunami, H. Hayashita, J. Kajikawa, X.J. Liu, E. Robert, C. Miron, R. Feifel, J. Marangos, K. Tono, Y. Inubushi, M. Yabashi, M. Yao, and K. Ueda
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Journal Title
Journal of Physics B
Volume: 49
Pages: 034004(1-7)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Nanoplasma formation by high intensity hard X-rays2015
Author(s)
T. Tachibana, Z. Jurek, H. Fukuzawa, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, P. Johnsson, M. Siano, S. Mondal, Y. Ito, M. Kimura, T. Sakai, K. Matsunami, H. Hayashita, J. Kajikawa, X.-J. Liu, E. Robert, C. Miron, R. Feifel, J.P. Marangos, K. Tono, Y. Inubushi, M. Yabashi, S.-K. Son, B. Ziaja, M. Yao, R. Santra, and K. Ueda
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Pages: 10977(1-7)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Covariance mapping of two-photon double core hole states in C2H2 and C2H6 produced by an X-ray free electron laser2015
Author(s)
M. Mucke, V. Zhaunerchyk, L.J. Frasinski, R.J. Squibb, M. Siano, J.H.D. Eland, K. Motomura, S. Mondal, K. Ueda, N. Berrah, C. Bostedt, J.D. Bozek, S. Schorb, M. Messerschmidt, J.M. Glownia, J.P. Cryan, R.N. Coffee, O. Takahashi, S. Wada, M.N. Piancastelli, R. Richter, K.C. Prince, and R. Feifel 他10名
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Journal Title
New Journal of Physics
Volume: 17
Pages: 073002(1-10)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Charge and nuclear dynamics induced by deep inner-shell multiphoton ionization of CH3I molecules by intense X-ray free-electron laser pulses2015
Author(s)
K. Motomura, E. Kukk, H. Fukuzawa, S. Wada, K. Nagaya, S. Ohmura, S. Mondal, T. Tachibana, Y. Ito, R. Koga, T. Sakai, K. Matsunami, A. Rudenko, C. Nicolas, X.-J. Liu, C. Miron, Y. Zhang, Y. Jiang, J. Chen, M. Anand, D.E. Kim, K. Tono, M. Yabashi, M. Yao, and K. Ueda
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Journal Title
The Journal of Physical Chemistry Letters
Volume: 6
Pages: 2944-2949
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ionic solutions probed by resonant inelastic X-ray scattering2015
Author(s)
Z. Yin, I. Rajkovic, S. T. Veedu, S. Deinert, D. Raiser, R. Jain, H. Fukuzawa, S. Wada, W. Quevedo, B. Kennedy, S. Schreck, A. Pietzsch, P. Wernet, K. Ueda, A. Föhlisch, and S. Techert
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Journal Title
Zeitschrift fur Physikalische Chemie
Volume: 229
Pages: 1855-1867
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Water adsorption on TiO2 surfaces probed by soft X-ray spectroscopies: bulk materials vs. isolated nanoparticles2015
Author(s)
S. Benkoula, O. Sublemontier, M. Patanen, C. Nicolas, F. Sirotti, A. Naitabdi, F. Gaie-Levrel, E. Antonsson, D. Aureau, F.-X. Ouf, S. Wada, A. Etcheberry, K. Ueda, and C. Miron
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Pages: 15088(1-11)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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