分子振動励起・回転誘起の素過程を探る結合モード光散乱スペクトロスコピーの構築

• 研究課題/領域番号: 14102013
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高木 堅志郎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013218)
• 研究分担者: 酒井 啓司 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (00215584) ; 美谷 周二朗 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10334369) ; 坂本 直人 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (10282592)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 81,510千円 (直接経費: 62,700千円、間接経費: 18,810千円); 2006年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2005年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2004年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2003年度: 25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円); 2002年度: 33,280千円 (直接経費: 25,600千円、間接経費: 7,680千円)
• キーワード: 分子緩和現象 / フォノンスペクトロスコピー / 高分解能光散乱 / 液晶相転移 / 並進・回転結合 / 光カー効果 / マウンテン成分 / ミセル系 / フォノンスペクトロスコピ / 分子配向 / 光散乱 / 流動服屈折 / 超音波誘起複屈折 / 液晶 / ミセル / フォノンスペクトルコピー / 高分解能光散乱法

研究概要

本研究の目標は、新開発の光ビート分光振動緩和スペクトロスコピーと相関光誘起カー効果スペクトロスコピーとを柱とする独創的解析スキームを確立して、振動・回転励起の分子ダイナミクスを可視化し、解明する新しい研究分野を構築することであった。
最初の研究成果として、我々は流動場-配向結合緩和スペクトロスコピー法の開発に成功した。実験に用いた装置は自らが独自に開発・改良を行ったもので、従来は測定困難だった条件下においても分子配向ダイナミクスを観察できるという特徴がある。これらを用いて、配向に関する非線形光学効果の増大現象、広帯域領域におけるずり流れ・分子配向結合現象に関する研究を行った。
つぎに我々は、光ビート分光ブリュアン散乱法による分子緩和現象の直接観察を試みた。液体中の自発的な密度揺らぎによる散乱光のスペクトル分布関数は、流体力学的な運動方程式に熱揺動項を加えて得られる動的構造因子によって記述される。本研究では、光ビート分光法を用いることにより、今まで測定が困難であったkHz〜MHzという低周波数域の光散乱スペクトルを精密に測定することで、スペクトルの微妙な形状変化なども含む動的構造因子そのものを直接観察するという新しいブリュアン散乱法を確立した。
これらの成果を受けて、我々はさらに異方形状分子液体における特異な配向緩和現象の観察と、自由度間結合係数の直接観察を行った。配向揺らぎを直接観察する高分解能光散乱法、および表面波複屈折法という二種類の実験手法による結果を組み合わせ、分子配向と並進運動およびそれらの結合を支配する三つの輸送係数の値をすべて求めることに成功した。三つの粘性係数それぞれの温度に対する依存性から、臨界的な振る舞いを有するのは結合粘性であることを明らかにし、その臨界指数を求めることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Wideband measurement of shear induced birefringence by quadrupole method (2006)
  • 著者名/発表者名: Hosoda M, Horii K, Nomura H, Sakai K.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 77 ページ: 54101-54101
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of dynamic behavior of enhanced optical Kerr effect in light-absorbing liquid (2006)
  • 著者名/発表者名: Horii K., Sakai K
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 73 ページ: 11709-11709
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Thermal phonon resonance in solid glass (2006)
  • 著者名/発表者名: Minami Y., Yogi T., Sakai K
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 45 ページ: 4469-4469
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Light beating spectroscopy of Brillouin scattering in gases and solids (2006)
  • 著者名/発表者名: Yogi T., Sakai K., Takagi K
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 100 ページ: 23505-23505
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electric Field Tweezers system for characterization of liquid surface (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sakai., Y.Yamamoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 89 ページ: 211911-211911
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct Observation of Phonon Relaxation by Optical Beating Light Scattering Spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sakai
  • 雑誌名: J. Acoustical Soc. Am. Vol. 120 No. 5. Pt. 2 ページ: 3034-3034
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of surface vibrational modes on gel surface by electric field tweezers system (2006)
  • 著者名/発表者名: Maiko Hosoda, Hideo Ogawa, Kenshiro Takagi, Hiroyasu Nomura, K. Sakai
  • 雑誌名: The 27th Symposium on ULTRASONIC ELECTRONICS ページ: 223-224
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Development of millisecond Brillouin spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Minami., T.Yogi., K.Sakai
  • 雑誌名: The 27th Symposium on ULTRASONIC ELECTRONICS ページ: 459-460
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High resolution Brillouin scattering in solids and gases (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Yogi, K.Sakai
  • 雑誌名: The Journal of the Acoustical Society of America Vol. 120 No. 5. Pt. 2 ページ: 3034-3034
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of dynamic behavior of enhanced optical Kerr effect in light-absorbing liquid (2006)
  • 著者名/発表者名: Horii K., Sakai K.
  • 雑誌名: Phys.Rev.E 73 ページ: 11709-11709
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Thermal phonon resonance in solid glass (2006)
  • 著者名/発表者名: Minami Y, Yogi T, Sakai K.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 45 ページ: 4469-4469
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Light beating spectroscopy of Brillouin scattering in gases and solids (2006)
  • 著者名/発表者名: Yogi T., Sakai K., Takagi K.
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 100 ページ: 23505-23505
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electric Field Tweezers system for characterization of liquid surface (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sakai, Y.Yamamoto
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 89 ページ: 211911-211911
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct Observation of Phonon Relaxation by Optical Beating Light Scattering Spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sakai
  • 雑誌名: J.Acoustical Soc.Am. Vol.120, No.5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Observation of surface vibrational modes on gel surface by electric field tweezers system (2006)
  • 著者名/発表者名: Maiko Hosoda, Hideo Ogawa, Kenshiro Takagi, Hiroyasu Nomura, K.Sakai
  • 雑誌名: The 27th Symposium on ULTRASONIC ELECTRONICS ページ: 223-224
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of millisecond Brillouin spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Minami, T.Yogi, K.Sakai
  • 雑誌名: The 27th Symposium on ULTRASONIC ELECTRONICS ページ: 459-460
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High resolution Brillouin scattering in solids and gases (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Yogi, K.Sakai
  • 雑誌名: The Journal of the Acoustical Society of America Vol.120. No.5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Wideband measurement of shear induced birefringence by quadrupole method (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Hosoda., K.Horii., H.Nomura.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 77 ページ: 54101-54101
• [雑誌論文] Observation of dynamic behavior of enhanced optical Kerr effect in light-absorbing liquid (2006)
  • 著者名/発表者名: Horii K., Sakai.K
  • 雑誌名: Phys.Rev.E 73 ページ: 11709-11709
• [雑誌論文] Thermal phonon resonance in solid glass (2006)
  • 著者名/発表者名: Minami Y., Yogi T., Sakai K.
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 45 ページ: 4469-4469
• [雑誌論文] Light beating spectroscopy of Brillouin scattering in gases and solids (2006)
  • 著者名/発表者名: Yogi T., Sakai K., Takagi K
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 100 ページ: 23505-23505
• [雑誌論文] Measurement of high viscosity with laser induced surface deformation technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Toshitake, S.Mitani, K.Sakai, K.Takagi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 97 ページ: 24901-24907
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct observation of slow molecular relaxation by high-resolution light scattering spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: Sakai K, Omata K, Takagi K
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 122 ページ: 24503-24503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Light-scattering study on the shear-orientation coupling of liquids near isotropic-to-nematic phase transition (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirano.T, Takagi K, Sakai K
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 72 ページ: 41707-41707
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Rapid and precise measurement system for ultrasonic velocity by pulse correlation method designed for chemical analysis (2005)
  • 著者名/発表者名: Hosoda M, Takagi K, Ogawa H, Nomura H, Sakai K
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 44 ページ: 3268-3268
  • NAID: 10015707364
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of interfacial tension minima in oil-water-surface system with laser manipulation technique (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Mitani, K.Sakai
  • 雑誌名: Faraday Discussion 129 ページ: 141-141
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Measurement of high viscosity with laser induced surface deformation technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Toshitake, S.Mitani, K.Sakai, K.Takagi
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 97 ページ: 24901-24907
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Light-scattering study on the shear-orientation coupling of liquids near isotropic-to-nematic phase transition (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirano.T, Takagi K, Sakai K
  • 雑誌名: Phys.Rev. E72 ページ: 41707-41707
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Rapid and precise measurement system for ultrasonic velocity by pulse correlation method designed for chemical analysis (2005)
  • 著者名/発表者名: Hosoda M, Takagi K, Ogawa H, Nomura H, Sakai K
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44 ページ: 3268-3268
  • NAID: 10015707364
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Light-scattering study on the shear-orientation coupling of liquids near isotropic-to-nematic phase transition (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirano T, Takagi K, Sakai K
  • 雑誌名: Phys.Rev.E 72 ページ: 41707-41707
• [雑誌論文] Measurement of high viscosity with laser induced surface deformation technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Toshitake, S.Mitaini, K.Sakai, K.Takagi
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 97 ページ: 24901-24907
• [雑誌論文] Observation of molecular orientation induced by capillary wave (2003)
  • 著者名/発表者名: Sakai K, Hosoda M, Takagi K
  • 雑誌名: JPN J APPL PHYS 1 42: (5B) ページ: 2935-2938
  • NAID: 10011096882
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Applicability of the mean-field theory to the optical Kerr effect in the isotropic phase of liquid crystal induced by a continuous wave laser (2003)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto N, Sakai K, Takagi K
  • 雑誌名: JPN J APPL PHYS 42: (4A) ページ: 1715-1716
  • NAID: 10010800090
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of molecular orientation induced by capillary wave (2003)
  • 著者名/発表者名: Sakai K, Hosoda M, Takagi K
  • 雑誌名: JPN J APPL PHYS 1,42 : (5B) ページ: 2935-2938
  • NAID: 10011096882
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Applicability of the mean-field theory to the optical Kerr effect in the isotropic phase of liquid crystal induced by a continuous wave laser (2003)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto N, Sakai K, Takagi K
  • 雑誌名: JPN J APPL PHYS 42 : (4A) ページ: 1715-1716
  • NAID: 10010800090
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Observation of Acoustic Diffusion Wave (2002)
  • 著者名/発表者名: Osamu Kanda, Keiji Sakai, Ken Yamamoto, Kenshiro Takagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 41 ページ: 5686-5689
  • NAID: 110004043312
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ultrasonic and Light Scattering Characterization of Anisotropic Colloidal Particles in Sol (2002)
  • 著者名/発表者名: T.Watanabe, T.Kudo, M.Hosoda, M.Miyayama, K.Sakai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 41
  • NAID: 110006341340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Estimation of Nonlinear Piezoelectricity of _<0.5>Pb(Ni_<1/3>Nb_<2/3>)0_<3-0.35>PbTiO_<3-0.15>PbZrO_3 (2002)
  • 著者名/発表者名: Ken Yamamoto, Akira Kokubo, Keiji Sakai, Kenshiro Takagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 41
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Application of morphological evaluation by optical and ultrasonical technique to V_2O_5 sol (2002)
  • 著者名/発表者名: Takashi Watanabe, Masaru Miyayama, Keiji Sakai
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Estimation of Nonlinear Piezoelectricity of 0.5Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3-0.15PbZrO3 (2002)
  • 著者名/発表者名: Ken Yamamoto, Akira Kokubo, Keiji Sakai, Kenshiro Takagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 41 ページ: 232-236
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Application of morphological evaluation by optical and ultrasonical technique to V2O5 sol (2002)
  • 著者名/発表者名: Takashi Watanabe, Masaru Miyayama, Keiji Sakai
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 27 ページ: 711-714
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct observation of slow molecular relaxation by high-resolution light scattering spectroscopy (2000)
  • 著者名/発表者名: Sakai K, Omata K, Takagi K
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 2005 ページ: 24503-24503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sakai K, Hosoda M, Takagi K: "Observation of molecular orientation induced by capillary wave"JPN J APPL PHYS 1. 42:(5B). 2935-2938 (2003)
• [文献書誌] Sakamoto N, Sakai K, Takagi K: "Applicability of the mean-field theory to the optical Kerr effect in the isotropic phase of liquid crystal induced by a continuous wave laser"JPN J APPL PHYS 1. 42:(4A). 1715-1716 (2003)
• [文献書誌] Osamu Kanda, Keiji Sakai, Ken Yamamoto, Kenshiro Takagi: "Observation of Acoustic Diffusion Wave"Japanese Journal of Applied Physics. 41. 5686-5689 (2002)
• [文献書誌] T.Watanabe, T.Kudo, M.Hosoda, M.Miyayama, K.Sakai: "Ultrasonic and Ligiht Scattering Characterization of Anisotropic Colloidal Particles in Sol"Japanese Journal of Applied Physics. 41. 3157-3158 (2002)
• [文献書誌] Ken Yamamoto, Akira Kokubo, Keiji Sakai, Kenshiro Takagi: "Estimation of Nonlinear Piezoelectricity of _<0.5>PB(Ni_<1/3>Nb_<2/3>)O_<3-0.35>PbTiO_<3-0.15>PbZrO_3"Japanese Journal of Applied Physics. 41. 232-236 (2002)
• [文献書誌] Takashi Watanabe, Masaru Miyayama, Keiji Sakai: "Application of morphological evaluation by optical and ultrasonical technique to V_2O_5 sol"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 27. 711-714 (2002)