ガラスやフラストレートした系のエネルギーランドスケープと2次元分光

• 研究課題/領域番号: 15205005
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 谷村 吉隆 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20270465)
• 研究分担者: 金 賢得 京都大学, 理学研究科, 助教 (30378533)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円); 2006年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2005年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2004年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2003年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: 多次元分光 / ガラス状態 / 自由エネルギー / ラマン分光 / 赤外分光 / 分子動力学 / テラヘルツ分光 / マスター方程式 / 2次元赤外分光 / 2次元ラマン分光 / 自由エネルギー面 / 量子ダイナミックス / 遅い緩和 / 2次元分光 / ランダウ・ワン / ボゾンピーク / マルチノニカル / マルチカノニカル

研究概要

自由エネルギーランドスケープ(FEL)とは、ガラスやタンパク質などフラストレートした系の動的性質を特徴づけるため、広く用いられている、マクロな物理量を束縛変数とする自由エネルギーのことである。本研究は、様々な仮定に基づいたエネルギーランドスケープの議論を、分光学的な方法により直接観測する可能性を探ることにより、フラストレーション系の動力学を探求することにある。この目的にために自由度を落とした双極子相互作用をする粒子系のモデルを構築した。モデル系の自由度を数えあげることにより正確なFELを求め、またマスター方程式を構築することによりその動力学を調べた。様々な温度でのFELを計算し、温度が高い場合にはFELはパラボラ型、低い場合は局所ミニマムを持つことが示された。その応用としてガラス転移温度以下でのマーカス理論の検証も行った。エネルギー面上の動力学の違いの解析には多次元分光の持つ鋭敏性が用いられた。マスター方程式を用いる事により、極低温状態での遅い緩和現象を、統計平均を取った形で求まる。この方法を、2次元赤外やテラヘルツ分光の観測量に対応する、4体の双極子相関関数を計算するアルゴリズムに適用し、ガラス転移温度以下での多次元シグナルを計算することに成功した。その結果通常の線形赤外分光では、FELの局所ミニマム構造が異なっていても、緩和の形にはあまり変化がないのに対して、2次元赤外分光では、ミニマムに状態がトラップされる様を、2次元信号上の変化として捉えられることを示した。また遅い緩和を多次元分光シグナルとして捕らえることが可能な平衡・非平衡はハイブリット分子動力学シミュレーションアルゴリズムなどのシミュレーション手法も開発した。様々な分子性液体の2次元ラマン分光シグナルの計算なども行った。これらの結果は17本の原著論文にまとめられた。

研究成果

• [雑誌論文] Exploring a free energy landscape by means of multi-dimensional infrared and THz spectroscopies (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Free energy landscapes of electron transfer system in dipolar environment below and above the rotational freezing ternnerature (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 126 ページ: 54504-54504
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional Infrared Surface Spectroscopy of CO on Cu(100);Probing Intermolecular Coupling of Adsorbates (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagata, Y.Tanimura and S.Mukamel
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 126 ページ: 204703-204703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ultrafast Exciton-Exciton Coherence Transfer in Molecular Aggregates and its Application to Light Harvesting Systems A. (2007)
  • 著者名/発表者名: KIM, H.-D., Y.Tanimura, and M.Cho
  • 雑誌名: J.Chem.phys. 126 ページ: 75101-75101
  • NAID: 120000896775
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Free energy landscapes of electron transfer system in dipolar environment below and above_the_rotational freezing temperature (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 126 ページ: 54504-54504
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional Infrared Surface Spectroscopy of CO on Cu(100) ; Probing Intermolecular Coupling of Adsorbates (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata, Y. Tanimura, S. Mukamel
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. J. Chem. Phys. 126 ページ: 204703-204703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ultrafast Exciton-Exciton Coherence Transfer in Molecular Aggregates and its Application to Light Harvesting Systems A. (2007)
  • 著者名/発表者名: KIM, H.-D., Y. Tanimura, M. Cho
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 126 ページ: 75101-75101
  • NAID: 120000896775
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Free energy landscapes of electron transfer system in dipolar environment below and above the rotational (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 126 ページ: 54504-54504
• [雑誌論文] Two-dimensional Raman spectrum of atomic solid and liquid (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagata and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 24508-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Free energy landscape analysis of two-dimensional dipolar solvent model at temperatures below and above the rotational freezing point (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki and T.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 124508-124508
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Y.Nagata,T.HasegawaandY.IAnalyzing atomic liquids and solids by means of two-dimensional Raman spectra in frequency domain (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagata, T.Hasegawa and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 194504-194504
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Calculating fifth-order Raman signals for various molecular liquids by equilibrium and nonequilibrium hybrid MD simulation aleorism (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hasegawa and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 125 ページ: 74512-74512
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Stochastic Liouville,Langevin,Fokker-Planck,and master equation approaches to quantum dissipative systems (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 75 ページ: 82001-82001
  • NAID: 110004799185
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Modeling vibrational dephasing and energy relaxation processes of intermolecular anharmonic modes for multidimensional infrared spectrosconies (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 125 ページ: 84501-84501
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional Raman spectrum of atomic solid and liquid (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Free energy landscape analysis of two-dimensional dipolar solvent model at temperatures below and above the rotational freezing point (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analyzing atomic liquids and solids by means of two-dimensional Ram an spectra in frequency_domain (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata, T. Hasegawa, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124 ページ: 194504-194504
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Calculating fifth-order Raman signals for various molecular liquids by equilibrium and none quilibrium hybrid MD simulation algorism (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Hasegawa, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125 ページ: 74512-74512
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Stochastic Liouville, Langevin, Fokker-Planck and master equation approaches to quantum dissipative systems (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75 ページ: 82001-82001
  • NAID: 110004799185
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Modeling vibrational dephasing and energy relaxation processes of intermolecular anharmonic modes for multidimensional infrared spectroscopies (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizaki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125 ページ: 84501-84501
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Anlyzing atomic liquids and solids by means of two-dimensional Raman spectra in frequency domain (2006)
  • 著者名/発表者名: 1.Y.Nagata, T.Hasegawa, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124 ページ: 194504-194504
• [雑誌論文] Calculating fifth-order Raman signals for various molecular liquids by equilibrium and nonequilibrium (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hasegawa, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125 ページ: 74512-74512
• [雑誌論文] Stochastic Liouville, Langevin, Fokker-Planck, and master equation approaches to quantum dissipative systems (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanimura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75 ページ: 82001-82001
  • NAID: 110004799185
• [雑誌論文] Modeling vibrational dephasing and energy relaxation processes of intermolecular anharmonic modes for (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125 ページ: 84501-84501
• [雑誌論文] Two-dimensional Raman spectrum of atomic solid and liquid (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagata, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 24508-1
• [雑誌論文] Free energy landscape analysis of two-dimensional dipolar solvent model at temperatures below and above the rotational freezing point (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki, T.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 124508-124508
• [雑誌論文] Multidimensional vibrational spectroscopy for tunneling processes in a dissipative environment (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki and Y Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 123 ページ: 14503-14503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multi-dimensional Infrared spectroscopy for molecular vibrational modes with dipolar interactions,anharmonicity and nonlinearity of dipole moments (2005)
  • 著者名/発表者名: KIM, H.-D.and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 123 ページ: 224310-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Quantum dynamics of a system strongly coupled to a low temperature colored noise bath:reduced hierarchy equations annroach (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 74 ページ: 3134-3134
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multidimensional vibrational spectroscopy for tunneling processes in a dissipative environment (2005)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizaki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 123 ページ: 14503-14522
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Quantum dynamics of a system strongly coupled to a low temperature colored noise bath : reduced hierarchy_equations approach (2005)
  • 著者名/発表者名: A. Ishizaki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 74 ページ: 3131-3131
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multi-dimensional Infrared spectroscopy for molecular vibrational modes with dipolar interactions, anharmonicity and nonlinearity of dipole_moments_and polarizability elements (2005)
  • 著者名/発表者名: KIM, H. D. and Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 123
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Quantum dynamics of a system strongly coupled to a low temperature colored noise bath : reduced hierarchy equations approach, (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 123 ページ: 14503-14503
  • NAID: 110002975228
• [雑誌論文] Multi-dimensional Infrared spectroscopy for molecular vibrational modes with dipolar interactions, anharmonicity and nonlinearity of dipole moments (2005)
  • 著者名/発表者名: KIM, H.-D., Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 89901-89901
• [雑誌論文] Quantum dynamics of a system strongly coupled to a low temperature colored noise bath : reduced hierarchy equations approach (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki, Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 74 ページ: 3134-3134
  • NAID: 110002975228
• [雑誌論文] Multidimensional vibrational spectroscopy for tunneling processes in a dissipative environment (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishizaki, Y.Tanimura
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 掲載受理
• [雑誌論文] Two-dimensional Raman and infrared vibrational spectroscopy for a harmonic oscillator system nonlinearly coupled with a colored noise bath (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kato and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 120 ページ: 260-260
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional Raman and infrared vibrational spectroscopy for a harmonic oscillato.r system nonlinearly coupled with a colored noise bath (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 120 ページ: 260-271
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional spectroscopy for two-dimensional rotator coupled to a Gaussian-Markovian noise bath (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 1650-1650
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional vibrational spectroscopy of a double minimum system in a dissipative environment (2003)
  • 著者名/発表者名: O.Khun and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 2155-2155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Energy-level diagrams & their contribution to 5th-order Raman and 2nd-order infrared responses (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Okumura and Y.Tanimura
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. A107 ページ: 8092-8092
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional spectroscopy for two-dimensional rotator coupled to a Gaussian-Markovian noise bath (2003)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 119 ページ: 1650-1660
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional vibrational spectroscopy of a double minimum system in a disszative environment (2003)
  • 著者名/発表者名: 0. Khun, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 119 ページ: 2155-2164
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Energy-level diagrams and their contribution to fifth-order Raman and second-order infrared responses : Description between relaxation mechanisms by two-dimensional spectroscopy (2003)
  • 著者名/発表者名: K. Okumura, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. 107 ページ: 8092-8105
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Exploring afree energy landscape by means of multi-dimensional infrared and THz spectroscopies
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, Y. Tanimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two-dimensional Infrared Surface Spectroscopy of CO on Cu(100); Probing Intermolecular Coupling of Adsorbates
  • 著者名/発表者名: Y.Nagata, Y.Tanimura, S.Mukamel
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. (印刷中)
• [文献書誌] Y.Suzuki, Y.Tanimura: "Two-dimensional spectroscopy for two-dimensional rotator coupled to a Gaussian-Markovian noise bath"Journal of Chemical Physics. 119. 1650-1660 (2003)
• [文献書誌] O.Khun, Y.Tanimura: "Two-dimensional vibrational spectroscopy of a double minimum system in a dissipative environment"Journal of Chemical Physics. 119. 2155-2164 (2003)
• [文献書誌] K.Okumura, Y.Tanimura: "Energy-level diagrams & their contribution to 5th-order Raman and 2nd-order infrared responses : 【triple bond】"Journal of Physical Chemistry. A107. 8092-8105 (2003)
• [文献書誌] T.Kato, Y.Tanimura: "Two-dimensional Raman and infrared vibrational spectroscopy for a harmonic oscillator system nonlinearly coupled with a colored noise bath"Journal of Chemical Physics. 120. 260-271 (2004)