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Development of broad bandwidth, high-resolution molecular spectroscopy using vibrational and rotational wave packet imaging

Research Project

Project/Area Number 19K22164
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
Research InstitutionKitasato University (2020)
Tokyo Institute of Technology (2019)

Principal Investigator

Mizuse Kenta  北里大学, 理学部, 講師 (70613157)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords分子分光学 / レーザー化学 / フェムト秒化学 / クラスター化学 / 分子間相互作用 / 反応動力学 / 波動関数 / 画像観測 / 波束ダイナミクス / イオンイメージング
Outline of Research at the Start

本研究では、分子の超高速振動・回転波束運動をスナップショット的に画像化する申請者独自の技術を用いた新しい分子分光法を開発・展開する。新手法は分子運動における動的挙動を画像の時間変化として観測し、そのフーリエ変換から周波数領域の分光情報を抽出するものである。本手法により従来の周波数領域高分解能分光では研究が困難とされてきた永久双極子をもたない分子種の分光実験が可能になる。また、1台のレーザー光源による一度の実験で、広い周波数範囲の測定が可能となる。さらに、波束観測から得られる波動関数の情報をもとにしたスペクトルの帰属が可能な、新しい切り口からの分子分光法として展開が期待される。

Outline of Final Research Achievements

In this study, I have developed a new broad bandwidth, high-resolution molecular spectroscopic technique. The present method relies on high-precision real-time imaging of molecular rotational and vibrational wave packet dynamics. High-resolution spectra can be obtained as Fourie transform of observed molecular movie. I have developed a new ion imaging apparatus for this purpose. I have applied our method to van der Waals molecular clusters, and succeeded in measuring high-resolution rotational and vibrational spectra for the first time.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子の性質を解明するための高分解能分子分光計測は、これまでおもに極性分子系のみが対象となってきた。また、測定波長範囲によって手法や装置を変える困難もあった。本研究で開発した手法は、イオンイメージングに基づく汎用的なものであり、非極性分子系を含めた測定が容易である。また、広帯域光源を用いることで、広い波長範囲の測定を一挙に可能とする。新たな手法によって、これまで測定できなかった分子系の性質解明が可能となり、分析技術として、また分子技術の発展にも寄与できるものと考えている。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Quantum-state reconstruction of unidirectional molecular rotations2021

    • Author(s)
      Ueno Kazuki、Mizuse Kenta、Ohshima Yasuhiro
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 103 Issue: 5 Pages: 053104-053104

    • DOI

      10.1103/physreva.103.053104

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct imaging of direction-controlled molecular rotational wave packet created by polarization-skewed double-pulse2020

    • Author(s)
      Kenta Mizuse, Naoya Sakamoto, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: published on web Issue: 19 Pages: 10853-10862

    • DOI

      10.1039/d0cp01084g

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Space-slice ion imaging: High slice resolution imaging in the polarization plane of arbitrarily polarized ionizing light2019

    • Author(s)
      Kenta Mizuse, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
    • Journal Title

      Rev. Sci. Instrum.

      Volume: vol.90 Issue: 10 Pages: 103107-103107

    • DOI

      10.1063/1.5110690

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-precision Spatiotemporal Imaging of Molecular Rotational Wave Packets2019

    • Author(s)
      水瀬賢太
    • Journal Title

      Molecular Science

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: A0104

    • DOI

      10.3175/molsci.13.A0104

    • NAID

      130007696969

    • ISSN
      1881-8404
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ROTATIONAL AND VIBRATIONAL WAVE PACKET IMAGING SPECTROSCOPY: BROAD BANDWIDTH, HIGH-RESOLUTION SPECTRA AND DYNAMICS OF WEAKLY BOUND MOLECULAR DIMERS2021

    • Author(s)
      Kenta Mizuse
    • Organizer
      International Symposium on Molecular Spectroscopy
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 時間分解クーロン爆発イメージングを用いたメタン・重メタン二量体の回転分光2021

    • Author(s)
      大八木優平,水瀬賢太, 大島康裕
    • Organizer
      第21回分子分光研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] シュタルク偏向器によるアンモニア反転トンネル分裂準位の空間分離2020

    • Author(s)
      上野一樹, 水瀬賢太, 大島康裕
    • Organizer
      分子科学討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解クーロン爆発イメージングを用いたメタン・重メタン二量体の回転分光2020

    • Author(s)
      大八木優平,水瀬賢太, 大島康裕
    • Organizer
      分子科学討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Stark デフレクターによる実空間でのアンモニアの量子状態分離2020

    • Author(s)
      上野一樹, 水瀬賢太, 大島康裕
    • Organizer
      第20回 分子分光研究会
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  • [Presentation] 2波長レーザーイオン化によるベンゼン-重水素クラスターの結合エネルギーの決定2020

    • Author(s)
      薄井仁, 水瀬賢太, 大島康裕
    • Organizer
      第20回 分子分光研究会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 時間分解クーロン爆発イメージングによるメタン二量体の回転分光2020

    • Author(s)
      戸畑佑哉, 水瀬賢太, 大島康裕
    • Organizer
      第20回 分子分光研究会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] クーロン爆発を用いた分子運動波束イメージングによる位相分解波動関数キャラクタリゼーション2019

    • Author(s)
      水瀬賢太
    • Organizer
      第29回日本MRS年次大会
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] High-precision rotational wave packet imaging study of dynamics and structures of molecular clusters2019

    • Author(s)
      Kenta Mizuse
    • Organizer
      Manchester International Symposium“Highly Excited States
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高精度核波束イメージングによる気相分子および分子クラスターの構造とダイナミクスの研究2019

    • Author(s)
      水瀬賢太
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 極短パルスレーザーを用いたビフェニルおよびビフェニル誘導体における大振幅振動のコヒーレント制御2019

    • Author(s)
      二階堂 誠, 水瀬 賢太, 大島 康裕
    • Organizer
      第13回 分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ベンゼン3量体における低周波数分子間振動ダイナミクスの実時間観測2019

    • Author(s)
      村井 友海, 水瀬 賢太, 大島 康裕
    • Organizer
      第11回 分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Control of large amplitude vibration and rotation of biphenyl and its derivatives by ultrashort laser pulses2019

    • Author(s)
      Nikaido Makoto, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      第35回化学反応討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spatiotemporal observation of the hyperfine depolarization in NO (A2Sigma+)2019

    • Author(s)
      Dai Ikeda, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      第35回化学反応討論会
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Creation and control of unidirectional molecular rotational wave packets using ultrashort pulses2019

    • Author(s)
      Naoya Sakamoto, Kenta Mizuse, Romu Fujimoto , Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structure and intermolecular interaction of methane dimer studied by coulomb explosion imaging2019

    • Author(s)
      Yuya Tobata, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Unexpected low frequency intermolecular vibration in benzene trimers revealed by time-domain approach2019

    • Author(s)
      Tomomi Mrai, Kenta Mizuse, Hirokazu Hasegawa , Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct Visualization of the Hyperfine Depolarization in Electronically Excited Nitric Oxide2019

    • Author(s)
      Dai Ikeda, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toward spatio-temporal observation of ammonia inversion motion2019

    • Author(s)
      Kazuki Ueno, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • Organizer
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~ohshima/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~ohshima/index.html

    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2022-01-27  

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