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強光子場分子ダイナミクスとその制御の電子・核波束動力学理論

研究課題

研究課題/領域番号 14077203
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

河野 裕彦  東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70178226)

研究分担者 藤村 勇一  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90004473)
大槻 幸義  東北大学, 大学院・理学研究科, 講師 (40203848)
研究期間 (年度) 2002 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
38,500千円 (直接経費: 38,500千円)
2005年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2004年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
2003年度: 23,900千円 (直接経費: 23,900千円)
2002年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円)
キーワード強レーザー場 / 電子波束 / 最適制御パルス / フラーレン / 時間依存断熱状態 / 反応制御 / 非断熱遷移 / 分子モーター / 光電子スペクトル / キラル分子 / 分子配列 / 選択的結合解離 / 光学異性体
研究概要

1.強レーザー場中の分子ダイナミクス
(1)エタノール分子ダイナミクス 開発してきた時間依存断熱状態法を強レーザー場中のエタノール分子に適用し,選択解離に及ぼすC-O-H変角振動とC-O結合伸縮振動間の結合の効果を調べた。強レーザー場によって振動モード間の結合の様子が大きく変わりうることがわかった。強い光によってモード結合を変化させることが分子ダイナミクスを制御する上で重要な要素となっている。
(2)非解離性C_<60>多価カチオン生成の機構解明 C_<60>が近赤外高強度超短パルス(〜70fs)と相互作用すると,+12価までの安定なC_<60>多価親カチオンだけが生成すことがP.Corkumらによって報告された。まず,密度汎関数法による電子状態計算によって,+14価までの多価カチオン親分子が安定な分子構造を持つことを明らかにし,イオン化に伴ってカチオンが得る余剰分子振動エネルギーが極めて小さく,+12価まで解離が起こり難いことを示した。また,レーザー場から得るエネルギーは解離に使われていないことを示した。
2.反応制御理論の開発とその応用
(1)円錐交差系の量子最適制御 レチナールのシス・トランス光異性化は200fs程度の短時間で起こり,円錐交差を通した内部転換モデルによって半定量的に記述される。これに最適制御シミュレーションを適用し,超短高強度レーザーパルスを使うことで高効率に生成物異性体を得られることを示した。
(2)光制御分子モーター フェムト秒領域で回転できる光駆動モーターモデルを理論的に構築した。アルデヒド基を回転部位に持つキラル分子はそのキラル性から由来する非対称内部回転ポテンシャルを持つ。平面偏光UV光励起レーザーのポンプーダンプ型の照射による分子内回転の方向は電子励起状態でつくられた波束の運動方向によって決まる。本年は、アップチャープパルスに引き続いてダウンチャープパルスを照射すれば,平面偏光パルス入射によっても左右自在に回転させることが可能であることを示した。回転方向を左右に変えるためには2つのパルス間隔を制御すればよい。
(3)整形フェムト秒パルスを使った分子量子演算実験のための理論提案

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (25件) 図書 (1件) 文献書誌 (29件)

  • [雑誌論文] Theoretical investigations of the electronic and nuclear dynamics of molecules in intense laser fields : Quantum mechanical wave packet avnroaches2006

    • 著者名/発表者名
      H.Kono
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan 79

      ページ: 196-227

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Density functional theoretical study on enantiomerization of 2,2'-biphenol2006

    • 著者名/発表者名
      R.Sahnoun
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A (未定)(印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum control of molecular chirality : ab initio molecular orbital study and wave packet analysis of binaphthyl2006

    • 著者名/発表者名
      K.Hoki
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A (未定)(印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Implementation of quantum gate operations in molecules with weak laser fields2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Teranishi
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics (未定)(印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Time-dependent density functional theory investigation of electric field effects on absorption spectra of meso-meso-linked zinc porphyrin arrays : Role of charge-transfer states2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nakai
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 109

      ページ: 13921-13927

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical investigation of 1,1'-bi-2-naphthol isomerization2005

    • 著者名/発表者名
      R.Sahnoun
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Structures 735-736

      ページ: 315-324

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum control of a chiral molecular motor driven by laser pulses2005

    • 著者名/発表者名
      M.Yamaki
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society 127

      ページ: 7300-7301

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum control of unidirectional rotations of a chiral molecular motor2005

    • 著者名/発表者名
      M.Yamaki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics 7

      ページ: 1900-1904

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Incorporation of a wave-packet propagation method into the S-matrix framework : Investigation of the effects of excited state dynamics on intense-field ionization2005

    • 著者名/発表者名
      M.Kanno
    • 雑誌名

      Physical Review A 72

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimal control of ultrafast photoisomerization of retinal in rhodopsin via a conical intersection2005

    • 著者名/発表者名
      M.Abe
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 123

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Simulating the Deutsch-Joza algorithm using vibrational states of I_2 excited by optimally designed gate pulses2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohtsuki
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 404

      ページ: 126-131

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum control of a chiral molecular motor driven by linearly polarized laser pulses2005

    • 著者名/発表者名
      M.Yamaki
    • 雑誌名

      Ultrafast Phenomena 14

      ページ: 508-510

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical synthesis of optimal laser pulses for manipulating dissociation wave packets of I^-_2 in water2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohtsuki
    • 雑誌名

      Ultrafast Phenomena 14

      ページ: 511-513

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimal control of femtosecond photoisomerization of retinal in rhodopsin : Effects of conical intersections2005

    • 著者名/発表者名
      M.Abe
    • 雑誌名

      Ultrafast Phenomena 14

      ページ: 613-615

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical investigation of 1,1'-bi-2-naphthol isomerization2005

    • 著者名/発表者名
      R.Sahnoun, S.Koseki, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Structure 735-736

      ページ: 315-324

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Simulating the Deutsch-Jozsa algorithm using vibronic states of I_2 excited by optimally designed gate pulses2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohtsuki
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 未定(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular alignment in a liquid induced by a nonresonant laser field : Molecular dynamics simulation2004

    • 著者名/発表者名
      J.Ohkubo, T.Kato, H.Kono, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 120

      ページ: 9123-9132

    • NAID

      120002069945

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum mechanical study of electronic and nuclear dynamics of molecules in intense laser fields2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kono, Y.Sato, N.Tanaka, T.Kato, K.Nakai, S.Koseki, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Chemical Physics 304

      ページ: 203-226

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Time-dependent multiconfiguration theory for electronic dynamics of molecules in an intense laser field2004

    • 著者名/発表者名
      T.Kato, H.Kono
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 392

      ページ: 533-540

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Generalized monotonically convergent algorithms for solving quantum optimal control problem2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohtsuki, G.Turinici, H.Rabitz
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 120

      ページ: 5509-5517

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Chiral molecular motors ignited by femtosecond pump-dump laser pulse2004

    • 著者名/発表者名
      K.Hoki, M.Sato, M.Yamaki, R.Sahnoun, L.Gonzalez, S.Koseki, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 108

      ページ: 4916-4921

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum ignition of intramolecular rotation by means of JR+UV laser pulses2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Fujimura, L.Gonzalez, D.Kroner, J.Manz, L.Mehdaoui, B.Scmidt
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 386

      ページ: 248-253

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Sequential pump-dump control of photoisomerization competing with photodissociation of optical isomers2004

    • 著者名/発表者名
      K.Hoki, L.Gonzalez, M.F.Shibi, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A 108

      ページ: 6455-6463

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimal control of quantum non-Markovian dissipation : Reduced Liouville-space theory2004

    • 著者名/発表者名
      R.Xu, Y.-J.Yan, Y.Ohtsuki, Y.Fujimura, H.Rabitz
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 120

      ページ: 6600-6611

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimal laser control of ultrafast photo-dissociation dynamics of I_2^- in water : Mixed quantum/classical molecular dynamics simulation2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Nishiyama, T.Kato, Y.Ohtsuki, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 121

      ページ: 2685-2693

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 光科学研究の最前線2005

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦(共著)
    • 総ページ数
      476
    • 出版者
      強光子場科学研究懇談会
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Sato, H.Kono, S.Koseki, Y.Fujimura: "Description of molecular dynamics in intense laser fields by the time-dependent adiabatic state approach : Application to simultaneous two bond dissociation of CO_2 and its control"Journal of American Chemical Society. 125. 8019-8031 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] J.Ohkubo, T.Kato, H.Kono, Y.Fujimura: "Molecular alignment in a liquid induced by a nonresonant laser field : Molecular dynamics simulation"Journal of Chemical Physics. 120. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hoki, M.Yamaki, Y.Fujimura: "Chiral molecular motors driven by a nonherical laser pulse"Angewandte Chemie International Edition. 42. 3084-3086 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kono, Y.Sato, N.Tanaka, T.Kato, K.Nakai, S.Koseki, Y.Fujimura: "Quantum mechanical study of electronic and nuclear dynamics of molecules in intense laser fields"Chemical Physics. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohtsuki: "Non-Markovian effects on quantum optimal control of dissipative wave packet dynamics"Journal of Chemical Physics. 119. 661-671 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kono, Y.Sato, Y.Fujimura: "Identification of the Doorway States to Ionization of Molecules in Intense Laser Fields"Laser Physics. 13・4. 883-883 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hoki, M.Yamaki, S.Koseki, Y.Fujimura: "Mechanism of unidirectional motions of chiral molecular motors driven by linearly polarized pulses"Journal of Chemical Physics. 119. 12393-12398 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohtsuki, G.Turinici, H.Rabitz: "Generalized monotonically convergent algorithms for solving quantum optimal control problem"Journal of Chemical Physics. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hoki, M.Sato, M.Yamaki, R.Sahnoun, L.Gonzalez, S.Koseki, Y.Fujimura: "Chiral molecular motors ignited by femtosecond pump-dump laser pulse"Journal of Physical Chemistry B. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Fujimura: "Quantum Control of Molecular Chirality"Recent Research Developments in Quantum Chemistry. 4. 345-358 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 藤村勇一: "キラル分子の光異性化:理論的取り扱い"光化学. 34. 154 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohtsuki, H.Rabitz: "Development of solution algorithms for quantum optimal control equations in product spaces"CRM Proceedings and Lectures. 33. 151-163 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Harumiya, H.Kono: "Intense laser field ionization of H_2 enhanced by two-electron dynamics"Physical Review A. 66・4. 043403-1-043403-14 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kono, Y.Sato, Y.Fujimura: "Identification of the Doorway States to Ionization of Molecules in Intense Laser Fields"Laser Physics. 13・4. (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.D.Bandrauk, H.Kono: "Molecules in Intense Laser Fields : Nonlinear Multi-Photon Spectroscopy and Near-Femtosecond to Sub-Femtosecond (Attosecond) Dynamics"Advances in Multi-Photon Processes and Spectroscopy. 15. 147-214 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 河野裕彦: "波形デザインされた強いレーザー光による反応制御-強光子場化学の幕開け"化学. 1月号. 60-61 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kono, Y.Sato, Y.Fujimura: "Electronic and nuclear wave packet dynamics of molecules in intense laser fields"Science of Superstrong field interactions, AIP conference proceedings,. 634. 58-65 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kono, S.Koseki: "Intense-laser-induced electron transfer and structure deformation of molecules"American Chemical Society Symposium Series. 821. 267-284 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Umeda, Y.Fujimura: "Quantum control of molecular chirality : Optical isomerization of difluorobenzo [c] phenanthrene"Journal of American Chemical Society. 124・31. 9265-9271 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nakagami, Y.Ohtsuki, Y.Fujimura: "Quantum optimal control of unbounded molecular dynamics : Application to NaI predissociation"Journal of Chemical Physics. 117・14. 6429-6438 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hoki, M.Yamaki, S.Koseki, Y.Fujimura: "Molecular motors driven by laser pulses : Role of molecular chirality and photon helicity"Journal of Chemical Physics. 118・2. 497-504 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nakagami, Y.Ohtsuki, Y.Fujimura, S.H.Lin: "Adiabatic theory of infrared laser-induced predesorption of CO from a NaCl (100) surface"Physical Chemistry and Chemical Physics. 5. 528-537 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohtsuki, K.Nakagami, W.Zhu, H.Rabitz: "Quantum optimal control of wave packet dynamics under the influence of dissipation"Chemical Physics. 287. 197-216 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohtsuki, K.Ohara, M.Abe, K.Nakagami: "New quantum control pathway for a coupled-potential system"Chemical Physics Letters. 369. 525-533 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hoki, Y.Fujimura: "Laser control of selective preparation of preorientational enantiomers from Their Racemate"American Chemical Society Symposium Series. 821. 32-46 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] R.J.Gordon, Y.Fujimura: "Coherent control of chemical reactions"Encyclopedia of Physical Science and Technology. 3. 207-231 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohtsuki, H.Rabitz: "Development of solution algorithms for quantum optimal control equations in product spaces"CRM Proceedings and Lectures. (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Ohta, J.Maki, H.Nagao, H.Kono, Y.Fujimura: "Dual transformation for Non-Born-Oppenheimer time-dependent density"International Journal of Quantum Chemistry. 91. 105-112 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kono, K.Harumiya: "Wave packet dynamics of one-and two-electron molecular systems in intense laser fields, in Photonic, Electronic and Atomic Collisions"Rinton Press. 12 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2018-03-28  

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