テラヘルツ電磁波パルスを用いた溶媒分子の低振動モードのダイナミクスの研究

• Project/Area Number: 03J03763
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物理化学
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山本 晃司 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: テラヘルツ電磁波 / 低振動モード / 凝縮相 / テラヘルツ時間領域分光 / ダイナミクス

Research Abstract

本年度は、新奇な液体として応用が期待されているイオン液体のテラヘルツ時間領域分光法を行い、液体の低振動数モードのダイナミクスを精密に調べた。測定したイオン液体は、1-アルキル-3メチルイミダゾリウムおよびテトラアルキルアンモニウムをカチオンとするイオン液体であり、アルキル鎖の長さを変えたものおよびアニオンを変えたものである。これらのイオン液体のテラヘルツスペクトルから次のことが明らかになった。
(1)これまでに報告されていたイオン液体のテラヘルツスペクトルの解釈(3つの緩和モードによる解釈)が誤りであること示した。
(2)イオン液体のテラヘルツ領域には、屈折率の多段階の分散カーブ、およびそれに対応する消衰係数のピークが観測される。従来の有機溶媒ではこのような構造を持ったテラヘルツスペクトルは観測されず、イオン液体の分子間モードに関係するモードがテラヘルツ領域に観測されていることが判明した。
また、タンパク質の生理活性と低振動数モードダイナミクスとの相関を理解するため、タンパク質のテラヘルツスベクトルの水和依存性を調べた。実験では、、低温(10K)から常温までのテラヘルツスペクトルを測定し、その温度依存性を検討した。水和したタンパク質では、200K付近以上でテラヘルツ領域の吸収増加が急に立ち上がり、タンパク質の動的転移の存在を確認した。これは、200K以上において、低振動数モードが大きく活性化されていることを示しており、そのモードの同定を行うため、タンパク質の分子動力学計算を行っている。

Research Products

• [Journal Article] Low-Frequency Spectra of the Hexamethylbenzene/Tetracyanoethylene Electron Donor- Acceptor Complexes in Solution Studied by Terahertz Time-Domain Spectroscopy (2005)
  • Author(s): Kohji Yamamoto et al.
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics 7巻・9号 Pages: 1945-1945
• [Journal Article] Investigation of Inflammable Liquids by Terahertz Spectroscopy (2005)
  • Author(s): Takeshi Ikeda et al.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 87 Pages: 34105-34105
• [Journal Article] Terahertz Time-Domain Spectroscopy of Amino Acids and Polypeptides (2005)
  • Author(s): Kohji Yamamoto et al.
  • Journal Title: Biophysical Journal 89
• [Journal Article] Terahertz Time-Domain Spectroscopy on Sulfur-Containing Biomolecules (2005)
  • Author(s): Kohji Yamamoto et al.
  • Journal Title: Journal Optical Society of America B 22 Pages: 2471-2471
• [Journal Article] Pulsed terahertz spectroscopy and imaging applied to inspection of explosives, and inflammable liquids (2005)
  • Author(s): Kohji Yamamoto et al.
  • Journal Title: Ultrafast Phenomena XIV (Springer) Pages: 738-738
• [Journal Article] Terahertz absorption spectra of L-, D-, and DL-alanine and their application to determination of enatiometric composition (2005)
  • Author(s): Mariko Yamaguchi et al.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 86 Pages: 53903-53903
• [Journal Article] Degradation diagnosis of ultra-high-molecular weight polyethylene with terahertz-time-domain spectroscopy (2004)
  • Author(s): Kohji Yamamoto et al.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 85・22 Pages: 5194-5194
• [Journal Article] テラヘルツ電磁波の発生とその分光・イメージング応用 (2004)
  • Author(s): 谷正彦 他
  • Journal Title: 電子情報通信学会誌 87 Pages: 718-718
• [Journal Article] 生態関連分子のテラヘルツ時間領域分光 (2004)
  • Author(s): 谷正彦 他
  • Journal Title: 月刊オプトロニクス 11月号 Pages: 1-1
• [Book] 第5版実験化学講座 9巻 物質の構造[I]p41-p45 (2005)
  • Author(s): 山本 晃司ら
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 丸善
• [Book] 未来を拓くテラヘルツテクノロジー「テラヘルツ電磁波によるソフトマテリアルの評価と危険物探知への応用」p273-289 (2005)
  • Author(s): 山本 晃司ら
  • Total Pages: 17
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Publications] Kohji Yamamoto: "Noninvasive Inspection of C-4 Explosive in Mails by Terahertz Time-Domain Spectroscopy"Japan Journal Applied Physics. 43. L414-L417 (2004)
• [Publications] 山本 晃司: "テラヘルツ電磁波の発生"実験化学講座(改訂5版). 第9巻. (2004)
• [Publications] 谷 正彦: "テラヘルツ電磁波パルスを用いた生体分子分光"光アライアンス(日刊工業出版). 第15巻. 9-14 (2003)