• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Strong-field ultra-high resolution Fourier transform spectroscopy of molecules and molecular complexes

Research Project

Project/Area Number 20H00371
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山内 薫  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40182597)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥44,460,000 (Direct Cost: ¥34,200,000、Indirect Cost: ¥10,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
Fiscal Year 2021: ¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000)
Fiscal Year 2020: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Keywords強レーザー場超高分解能フーリエ変換分光 / 長尺高精度干渉計 / ポンプ・プローブ計測 / スピン軌道分裂 / 分子錯体 / 強レーザー場超高分解能フーリエ変換分光法 / 強度超短パルスレーザー光 / 原子、分子、分子錯体 / 高強度超短パルスレーザー光
Outline of Research at the Start

独自に開発を進めてきた「強レーザー場超高分解能フーリエ変換分光法」 の計測精度を2桁向上させ、分光計測によって達成できる原子や分子の遷移周波数の計測精度を 9桁まで高める。具体的には、長尺高精度干渉計を構築し、高強度超短パルスレーザー光によるポンプ・プローブ計測を行う。イオン収率の遅延時間依存性のフーリエ変換(FT)スペクトルから、原子、分子、分子錯体の中性およびイオン種の回転、振動、電子状態の準位エネルギーを高精度で決定する。 イオン収率FTスペクトルの強度と位相に基づいて、分子および分子錯体の振動モードが励起された場合のそれぞれの振動モードの振幅と位相のダイナミクスを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、独自に開発を進めてきた「強レーザー場超高分解能フーリエ変換分光法」 の計測精度を2桁向上させ、分光計測によって達成できる原子や分子 の遷移周波数の計測精度を 9桁まで高めるため、長尺高精度干渉計を構築し、高強度超短パルスレーザー光によるポンプ・プローブ計測を行う。イオン収率の遅延時間依存性のフーリエ変換(FT)スペクトルから、原子、分子、分子錯体の中性およびイオン種の回転、振動、電 子状態の準位エネルギーを高精度で決定する。 イオン収率FTスペクトルの強度と位相に基づいて、分子および分子錯体の振動モードが励起さ れた場合のそれぞれの振動モードの振幅と位相のダイナミクスを明らかにする。
2020年度には、独自に開発を進めてきた「強レーザー場超高分解能フーリエ変換(SURF)分光法」による研究を推進するために、掃引距離 5 m の長尺高精度干渉計を構築し、その性能評価を行なった。また、本長尺干渉計を用いて、高強度超短パルスレーザー光によるポンプ・プローブ計測の試験を行なった。また、FPGAを搭載したトランジェントデジタイザとA/Dコンバータを同期したデータ取得システムを構築することによって、イオン収量を最大16チャンネル同時取得し、遅延時間を毎時3 m(10 ns相当)の速度で掃引することが可能となった。
既存の干渉計を用いた計測から、Ar、KrのSURF分光計測では、遅延時間を500 ps掃引することによってAr,Krイオンのスピン軌道分裂が7桁の周波数精度で得られることがわかった。クラスターのSURF分光を実現するため、別途開発したパルスノズルをSURF分光装置に導入した。そして、分子・原子二量体が生成する条件の最適化を行なった。
更に、アセトニトリルのイオン化過程について計測を行い、搬送波位相に対する各解離チャンネルの収量を求めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度の研究開発において、掃引距離 5 m の長尺高精度干渉計を構築した。この干渉計は、真空中に光学遅延ラインが設置されており、遅延時間を毎時3 mの速度で掃引可能である。また、FPGAを搭載したトランジェントデジタイザとA/Dコンバータを同期したデータ取得システムを構築したことによって、飛行時間質量スペクトル上に現れるイオン収量を最大16チャンネル同時取得することが可能となった。これによって、同位体やフラグメント種など、モニターするピークが複数存在するような原子、分子イオン種のデータ取得において、大幅な効率化が見込める。
クラスターのSURF計測の状況として、既存の干渉計を用いてAr、KrのSURF分光計測を行い、Ar,Krイオンのスピン軌道分裂がの周波数精度を7桁精度で得られることがわかった。また、原子・分子クラスターのSURF分光を実現するため、別途開発したパルスノズルをSURF分光装置に導入し、Ar二量体、および酢酸2量体が生成する最適な条件が得られた。

Strategy for Future Research Activity

2021年度には、この長尺干渉計を用い たSURF分光に着手し、掃引距離に対する分解能向上について評価を行う。具体的には、既知の資料について長尺干渉計を用いたSURF分光を実施し、長尺スキャンを行う上での問題点やデータ解析において必要な点などの洗い出しを行う。また、SURF分光において、周波数の決定精度において、ACシュタルクシフトが影響を与えるため、3次の自己相関計測光学系を構築し、数サイクルパルスのパルスコントラストを評価する。得られるパルスコントラストから、SURF分光におけるACシュ タルクシフトの大きさを求める。また、パルスバルブを用いてサンプルの速度を変えながらSURF分光を行うことによって、ドップラーシフトの大きさを評価する。SURF分光法の更なる周波数精度の向上のためには、精度の高い周波数標準の導入が必要と なる。周波数コムレーザーを用いた高精度周波数標準の試作に着手する。

Report

(2 results)
  • 2020 Comments on the Screening Results   Annual Research Report

Research Products

(34 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Indian Institute of Technology Bombay,(インド)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] ELTE Eotvos Lorand University/Hungarian Academy of Sciences(ハンガリー)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Excited-state populations in the multiconfiguration time-dependent Hartree-Fock method2020

    • Author(s)
      Loetstedt Erik、Szidarovszky Tamas、Faisal Farhad H M、Kato Tsuyoshi、Yamanouchi Kaoru
    • Journal Title

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      Volume: 53 Pages: 024301-024301

    • DOI

      10.1088/1361-6455/ab7c3b

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Rotationally induced population inversion between the B2Σu+ and X2Σg+ states of N2+ exposed to an intense laser pulse2020

    • Author(s)
      Y. Zhang, E. Lostedt, K. Yamanouchi
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 101 Pages: 053412-053412

    • DOI

      10.1103/physreva.101.053412

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Surface processing of PMMA and metal nano-particle resist by sub-micrometer focusing of coherent extreme ultraviolet high-order harmonics pulses2020

    • Author(s)
      Sakaue Kazuyuki、Motoyama Hiroto、Hayashi Ryosuke、Iwasaki Atsushi、Mimura Hidekazu、Yamanouchi Kaoru、Shibuya Tatsunori、Ishino Masahiko、Dinh Thanh-Hung、Ogawa Hiroshi、Higashiguchi Takeshi、Nishikino Masaharu、Kuroda Ryunosuke
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 45 Pages: 2926-2926

    • DOI

      10.1364/ol.392695

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Absolute carrier-envelope-phase dependences of single and double ionization of methanol in a near-IR few-cycle laser field2020

    • Author(s)
      Q. Zhang, S. Fukahori, T. Ando, R. Kanya, A. Iwasaki, T. Rathje, G. G. Paulus, K. Yamanouchi
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 152

    • DOI

      10.1063/5.0006485

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ultrafast electron-nuclear wavepacket in O2+ generated and probed with attosecond pulse trains2020

    • Author(s)
      Fukahori Shinichi、Matsubara Takuya、Nabekawa Yasuo、Yamanouchi Kaoru、Midorikawa Katsumi
    • Journal Title

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      Volume: 53 Pages: 164001-164001

    • DOI

      10.1088/1361-6455/ab94cc

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Generalized phase-sensitivity of directional bond-breaking in laser-molecule interaction2020

    • Author(s)
      S. Kangaparambil, V. Hanus, M. Dorner-Kirchner, P. He, S. Larimian, G. Paulus, A. Baltuska, X. Xie, K. Yamanouchi, F. He, E. Lotstedt, M. Kitzler-Zeiler
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      Volume: 125 Pages: 023202-023202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.023202

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Static-field ionization model of He-like ions for diagnostics of light-field intensity2020

    • Author(s)
      Loetstedt Erik、Ciappina Marcelo F.、Yamanouchi Kaoru
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW A

      Volume: 102 Pages: 013112-013112

    • DOI

      10.1103/physreva.102.013112

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Giant enhancement of air lasing by complete population inversion in N2+2020

    • Author(s)
      H. Li, E. Lotstedt, H. Li, Y. Zhou, N. Dong, L. Deng, P. Lu, T. Ando, A. Iwasaki, Y. Fu, S. Wang, J. Wu, K. Yamanouchi, H. Xu
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      Volume: 125 Pages: 053201-053201

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.053201

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Time delay in the coherent vibrational motion of H2+ created by ionization of H22020

    • Author(s)
      Nishi Takanori、Loetstedt Erik、Yamanouchi Kaoru
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW A

      Volume: 102 Pages: 051101-051101

    • DOI

      10.1103/physreva.102.051101

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Switching competition between electron and energy transfers in porphyrin-fullerene dyads2020

    • Author(s)
      A. A. Strelnikov, A. S. Konev, O. V. Levin, A. F. Khlebnikov, A. Iwasaki, K. Yamanouchi, N. V. Tkachenko
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 125 Pages: 10859-11040

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c06931

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ultrafast femtosecond dynamics and high-resolution spectroscopy in molecular cations2020

    • Author(s)
      T. Ando, A. Iwasaki, K. Yamanouchi
    • Journal Title

      Molecular Spectroscopy and Quantum Dynamics (R. Marquardt and M. Quack Eds.)

      Volume: - Pages: 283-300

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism of population inversion in N2+2020

    • Author(s)
      Y. Zhang, E. Lotstedt, K. Yamanouchi
    • Journal Title

      Progress in Ultrafast Intense Laser Science

      Volume: 15 Pages: 21-41

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ultrafast nuclear dynamics of electronically highly excited O2+ investigated by pump-probe measurements using near-infrared laser pulses and high-order harmonics2021

    • Author(s)
      Kana Yamada, Toshiaki Ando, Atsushi Iwasaki, and Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Static-field ionization rates of He-like ions for intensity estimation of ultra-intense laser pulses2021

    • Author(s)
      E. Loetstedt, M. F. Ciappina, K. Yamanouchi
    • Organizer
      Symposium on Recent Development in Ultrafast Intense Laser Science 2
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Static-field ionization rates of He-like ions by MCTDHF method2021

    • Author(s)
      E. Loetstedt, M. F. Ciappina, K. Yamanouchi
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Rotational coherence created in the B state of N2+ at 391 nm emission2021

    • Author(s)
      Y. Zhang, E. Loetstedt , K. Yamanouchi
    • Organizer
      Symposium on Recent Development in Ultrafast Intense Laser Science 2
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Determination of geometrical structure of CCl3+ by trapped-ion electron diffraction2021

    • Author(s)
      Takahiro Suzuki, Kato Keiko, Hideaki Tanaka, Kazuki Isoyama, Reika Kanya, Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurements of two-dimensional differential cross section of femtosecond LAES signals of Ar atoms2021

    • Author(s)
      Motoki Ishikawa, Kakuta Ishida, Reika Kanya, Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a photocathode-type pulsed electron gun for time-resolved electron diffraction measurements2021

    • Author(s)
      Shuhei Sudo, Motoki Ishikawa, Reika Kanya, Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] アセチレンの解離性イオン化を用いた高強度アト秒パルス列の干渉自己相関計測およびフーリエ変換分光2021

    • Author(s)
      松原 卓也,深堀 信一,ローツステット エリック,鍋川 康夫,山内 薫,緑川 克美
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第41回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Strong field ultrahigh-resolution Fourier transform spectroscopy: Spin-orbit splitting of Ar+ and Kr+2021

    • Author(s)
      Toshiaki Ando, Atsushi Iwasaki, and Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      Symposium on Recent Development in Ultrafast Intense Laser Science 2
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultrafast molecular dynamics and ultrahigh resolution spectroscopy using ultrashort intense laser pulses2020

    • Author(s)
      K. Yamanouchi [Plenary talk]
    • Organizer
      Photonics Asia 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Determination of spin orbit splitting of Kr and Kr 2+ by ultrafast motion of the valence electrons2020

    • Author(s)
      Toshiaki Ando, Alex Liu, Atsushi Iwasaki, Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      The 22nd International Conference of Ultrafast Phenomena
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrafast electron relaxation and phonon thermalization processes in gold thin film observed by transient reflectometry2020

    • Author(s)
      Ryosuke Hayashi, Atsushi Iwasaki Parinda Vasa, Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      第14回分子科学討論会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Population inversion between B2Σu+and X2Σg+ states of N2+ assisted by rotational excitation2020

    • Author(s)
      Y. Zhang, E. Loetstedt , K. Yamanouchi
    • Organizer
      Ultrafast Phenomena 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Rotational coherence in R-branch transitions of air lasing at 391 nm2020

    • Author(s)
      Y. Zhang, E. Loetstedt , K. Yamanouchi
    • Organizer
      第14回分子科学討論会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Time delay in the coherent vibrational motion of H2+ created by ionization of H22020

    • Author(s)
      T. Nishi, E. Loetstedt , K. Yamanouchi
    • Organizer
      Ultrafast Phenomena 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Interferometric Autocorrelation of Attosecond Pulse Train and Nonlinear Fourier Transform Spectroscopy of Dissociative2020

    • Author(s)
      Takuya Matsubara, Shinichi Fukahori, Erik Lotstedt, Yasuo Nabekawa, Kaoru Yamanouchi, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      第14回分子科学討論会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Rovibrational level energies of D2+ by strong field ultrahigh resolution Fourier transform spectroscopy2020

    • Author(s)
      Toshiaki Ando, Keita Kobune, Atsushi Iwasaki, Kaoru Yamanouchi
    • Organizer
      第14回分子科学討論会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of Attosecond Pulse Train and Nonlinear Fourier Transform Spectroscopy in Dissociative Ionization of Acetylene2020

    • Author(s)
      Takuya Matsubara, Shinichi Fukahori, Yasuo Nabekawa, Kaoru Yamanouchi, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      Ultrafast Phenomena 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Progress in Ultrafast Intense Laser Science XV2020

    • Author(s)
      Kaoru Yamanouchi, Dimitrios Charalambidis(ed)
    • Total Pages
      180
    • Publisher
      Springer International Publishing
    • ISBN
      9783030470975
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 山内研究室webページ

    • URL

      http://www.yamanouchi-lab.org/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi