研究課題
基盤研究(A)
反応性など分子の性質の多くが、特定の価電子軌道の形で決まる。本研究の目的は、そうした分子軌道一つ一つの立体的な形を運動量空間波動関数の二乗振幅として3次元観測する手法の開発である。上記の目的を達成するため、研究代表者のそれまでの研究成果と経験を踏まえて、電子線コンプトン散乱で生成する非弾性散乱電子・電離電子・解離イオンを三重同時計測し、それら3つの荷電粒子間のベクトル相関を測定する装置を開発した。すなわち、球型アナライザーや多次元同時計測電子回路など装置構成設備を試作し、これらを組み合わせてシステムとして完成させた。本装置を用いて、水素分子や酸素分子等の解離性イオン化過程を対象として実験を行った。その結果、例えば水素分子では、2sσ_g軌道に対しては位置空間で分子軸方向にローブの伸びた当該軌道が運動量空間では分子軸と垂直方向にローブが伸びるbond directional principleを、2pσ_u軌道に対しては分子軸に平行および垂直方向にそれぞれローブをもつp型軌道の特徴的な形を精度よく観測することに成功した。これにより、従来は"空間平均した電子運動量分布"と理論計算との比較を通じて間接的に探っていた分子軌道の立体的な形を直接的に3次元観測できることを世界に先駆けて実証した。以上のように、新しい計測技術と方法論の開発を行い、光吸収や荷電粒子の前方散乱とは異なる物理的性質をもつコンプトン散乱の基礎および応用研究に先導的・開拓的成果をあげることに成功した。本研究と類似の計画は国内外で皆無であり、その独創性と新規性は多岐に亘る分野から計29件(国際14件、国内15件)の招待講演として採択される、あるいは研究代表者が第25回日本化学会学術賞を受賞(2008年3月)するなど、国際的に高い評価を受けている。
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