超高速電子線回折法を用いた「水」の相転移構造ダイナミクスの直接観察

• 研究課題/領域番号: 17K17893
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ; 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 羽田 真毅 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (70636365)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 構造ダイナミクス / 超高速現象 / 計測技術 / 水の構造 / 光物性

研究成果の概要

申請者は、フェムト秒時間分解電子線回折装置中で氷薄膜を作製するシステムを開発し、アモルファス状態の氷薄膜の紫外光の照射下における構造ダイナミクス計測を実施した。水分子は光照射によって第一近接の水分子の距離を変化させることなく、第二近接の水分子が動くような振る舞いを生じる。この結果は、計算科学で示された結果と良い一致を見せており、本研究は実験的にアモルファス状態の水分子の構造ダイナミクスを見た初めての例となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

「水」は、物質の中でも最も身近であり、軽元素から成り立ち、その分子運動が極めて速いため、最もその構造ダイナミクスを観測することが困難であると考えられている。申請者は、「水」の光照射下での構造ダイナミクスを観測・解析する装置・技術を開発し、これまで計算的手法でしか明らかにされてこなかった水の紫外線照射下における分子運動を観測することに成功した。本研究成果は、米国化学会より発行されている学術誌（Journal of Physical Chemistry A 122, 9579 (2018).）に掲載された。

研究成果

• [雑誌論文] 超高速時間分解電子線回折法のアモルファス状態の水への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: HADA Masaki
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 61 号: 1 ページ: 23-28
  • DOI: 10.5940/jcrsj.61.23
  • NAID: 130007605716
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 年月日: 2019-02-28
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bond Dissociation Triggering Molecular Disorder in Amorphous H2O (2018)
  • 著者名/発表者名: Hada Masaki、Shigeeda Yuho、Koshihara Shin-ya、Nishikawa Takeshi、Yamashita Yoshifumi、Hayashi Yasuhiko
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 122 号: 49 ページ: 9579-9584
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.8b08455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Techniques for Observing Structural Dynamics of Photoresponsive Liquid Crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Hada, S. Saito, Y. Hayashi, K. Miyata, Y. Shigeta, K. Onda
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Monitoring of the Onset of Excited-State Aromaticity in a Liquid Crystal Phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Hada Masaki、Saito Shohei、Tanaka Sei’ichi、Sato Ryuma、Yoshimura Masahiko、Mouri Kazuhiro、Matsuo Kyohei、Yamaguchi Shigehiro、Hara Mitsuo、Hayashi Yasuhiko、R?hricht Fynn、Herges Rainer、Shigeta Yasuteru、Onda Ken、Miller R. J. Dwayne
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 44 ページ: 15792-15800
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08021
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 紫外光励起による解氷の構造ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 羽田 真毅、重枝 勇歩、林 靖彦、腰原 伸也
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 時間分解電子線回折法を用いたソフトマテリアルの構造ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 羽田真毅
  • 学会等名: 埋もれた界面のX線・中性子解析ワークショップ2018（招待講演）
  • 招待講演
• [学会発表] Structural dynamics evidencing plasmon-induced reduction in Graphene Oxide (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Hada, I. Katayama, K. Ichiyanagi, W. Chen, S. Mizote, T. Sawa, T. Suzuki, T. Nishikawa, Y. Yamashita, T. Yokoya, T. Seki, J. Matsuo, T. Tokunaga, R. Fukaya, S. Nozawa, Y. Minami, Y. Arashida, K. Tsuruta, S. Koshihara, Y. Hayashi, S. Adachi, J. Takeda, Y. Nishina,
  • 学会等名: Gordon Research Conference "Ultrafast Phenomena in Cooperative Systems"
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular dynamics of photofunctionalized liquid crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Hada
  • 学会等名: Photoinduced Phase Transitions 6 (PIPT6)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoinduced Oxygen Transportation in EuBaCo2O5.38 (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Hada, Naoya Keio, Yasuhiko Hayashi, Toru Asaka, Taka-hisa Arima, Yoichi Okimoto, Shinya Koshihara
  • 学会等名: ISAMR 2017, International Symposium for Advanced Materials Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 時間分解電子線回折法の液晶分子ダイナミクスへの展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽田真毅
  • 学会等名: 物性研短期研究会「光で 見る・操る 電子物性科学の最前線～強相関, トポロジー, 低次元, ダイナミクス～」
  • 招待講演
• [学会発表] 時間分解電子線回折法を用いたEuBaCo2O5.38の構造ダイナミクス計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽田真毅, 慶尾直哉, 村上寛虎, 西川亘, 山下善文, 林靖彦, 横谷尚睦, 松尾二郎, 浅香透, 鈴木達也, 阿部伸行, 有馬孝尚, 沖本洋一, 腰原伸也
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] Ultrafast Structural Dynamics with Femtosecond Electron Diffraction (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Hada
  • 学会等名: OptoXNano
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超高速電子線回折法を用いて探索するコバルト酸化物の光誘起酸素移動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽田 真毅、慶尾 直哉、西川 亘、山下 義文、林 靖彦、横谷 尚睦、松尾 二郎、浅香 透、鈴木 達也、阿部 伸行、有馬 孝尚、小沢 陽、沖本 洋一、腰原 伸也
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次学会（招待講演）
  • 招待講演