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量子相関光子対を利用した高効率2光子励起法の開拓とその光化学反応への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19J10328
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

長坂 龍洋  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード量子相関光子対 / 2光子吸収 / 6π電子環状反応 / 光異性化反応
研究開始時の研究の概要

本研究は、量子相関光子対と呼ばれる時・空間的に強い相関をもつ光子を利用することにより、特定の電子励起状態を選択的に作り出し、そこから進行する光化学反応の精密制御を目指すものである。そのために、量子相関光子対による高効率2光子励起の光学系を構築し、1光子励起や古典的な2光子励起に伴うダイナミクスや反応機構が判明している光異性化反応系に適用する。励起確率の光強度次数、光反応収率、ダイナミクスなどの励起状態を特徴づける因子を測定し、量子相関光子対によって誘起される特異な光反応の支配因子を実験的に明らかにする。

研究実績の概要

令和2年度は、高効率な2光子吸収の観測を目指し、昨年度に探索した試料である6π電子系の励起状態ダイナミクスの解明及び量子相関光子対による2光子吸収断面積の測定に取り組んだ。用いた試料である2,3-dithiazolylbenzothiophene (DTA)の励起状態ダイナミクスについては時間分解過渡吸収及び蛍光スペクトル測定の結果を詳細に分析することにより、開環体励起後、大部分が閉環体の励起状態が生成する新規の経路を辿ることを特定した。本結果については分子内の水素結合やS-N相互作用といった分子内の相互作用による分子の構造変化の抑制に起因するものと考えられるが、円錐交差(CI)を迂回して閉環反応が進行するため、CIを介して基底状態の閉環体が生成するという従来のスキームとは全く異なるメカニズムである。一連の研究成果は国際学術誌に掲載された。
量子相関光子対による2光子吸収断面積の測定については、昨年度に構築した量子相関光子対の発生光学系を用いた。測定のたびにHong-Ou-Mandel (HOM)干渉を行い、良質な量子相関光子対の発生を確認したうえで実際の試料に対して適用した。その結果、古典光において高い2光子吸収を示す有機色素やDTAに対して吸収挙動は観測できたものの、1光子吸収による寄与を十分に取り除くことが困難であり、純粋な量子相関光子対による高効率な2光子吸収を評価することはできなかった。今後は、量子相関光子対の発生波長や観測系の調整を行うことで1光子吸収による寄与を減らす検討を重ねることで、純粋な量子相関光子対による2光子吸収の寄与の観測を目指す。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件)

  • [国際共同研究] リール大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Universite de Lille(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Restriction of the Conrotatory Motion in Photo-Induced 6π Electrocyclic Reaction: Formation of the Excited State of the Closed-Ring Isomer in the Cyclization2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Soichiro Morikawa, Lucas Martinez Uriarte, Michel Sliwa, Tsuyoshi Kawai, Hiroshi Miyasaka
    • 雑誌名

      RSC Adv.

      巻: 10 号: 34 ページ: 20038-20045

    • DOI

      10.1039/d0ra03523h

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Geometrical Evolution and Formation of the Photoproduct in the Cycloreversion Reaction of a Diarylethene Derivative Probed by Vibrational Spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Sotome Hikaru、Okajima Hajime、Nagasaka Tatsuhiro、Tachii Yuka、Sakamoto Akira、Kobatake Seiya、Irie Masahiro、Miyasaka Hiroshi
    • 雑誌名

      ChemPhysChem

      巻: 21 号: 14 ページ: 1524-1530

    • DOI

      10.1002/cphc.202000315

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Excited State Dynamics in the Open-Ring Isomer of a Diarylethene Derivative: Approach to Efficient Photochromic Reaction2020

    • 著者名/発表者名
      Nagasaka Tatsuhiro、Sotome Hikaru、Miyasaka Hiroshi
    • 学会等名
      5th Nanosynergetics Workshop
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cycloreversion Reaction of Diarylethene Derivatives Induced by Simultaneous Two-photon Absorption2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Kenji Kamada, Seiya Kobatake, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      15th DAE-BRNS Biennial Trombay Symposium on Radiation & Photochemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Excited State Dynamics in the Open Form of a Diarylethene Derivative: Approach to Highly Efficient Reaction2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      日本化学会第100回春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Elucidation of exceptional electrocyclic reaction dynamics of a dithiazolylarylene derivative2019

    • 著者名/発表者名
      NAGASAKA, Tatsuhiro, SOTOME, Hikaru, SEI, Ryosuke, KAWAI, Tsuyoshi, MIYASAKA, Hiroshi
    • 学会等名
      35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Elucidation of 6π-electrocyclic reaction dynamics of a dithiazolylarylene derivative2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Ryosuke Sei, Tsuyoshi Kawai, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Photochemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Elucidation of Specific 6π-Electrocyclic Reaction Mechanism of a Dithiazolylarylene Derivative as revealed by time-resolved absorption and fluorescence spectroscopies2019

    • 著者名/発表者名
      NAGASAKA, Tatsuhiro, SOTOME Hikaru, URIARTE Lucas, SLIWA Michel, KAWAI Tsuyoshi, MIYASAKA Hiroshi
    • 学会等名
      2019年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 特異的な6π電子環状反応を示すジチアゾリルアリーレン誘導体の反応メカニズムの解明2019

    • 著者名/発表者名
      長坂 龍洋・五月女 光・Uriarte Martinez Lucas・Sliwa Michel・河合 壯・宮坂 博
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Specific electrocyclic reaction dynamics of a dithiazolylarylene derivative2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Lucas Martinez Uriarte, Michel Sliwa, Tsuyoshi Kawai, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      9th International Symposium On Photochromism
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Specific electrocyclic reaction dynamics of a dithiazolylarylene derivative2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Lucas Martinez Uriarte, Michel Sliwa, Tsuyoshi Kawai, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      Satellite workshop on NANOSYNERGETICS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New 6π-electrocyclic reaction mechanism of a dithiazolylarylene derivative2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Tsuyoshi Kawai, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      INTERNATIONAL CONFERENCE ON PHOTOCHEMISTRY AND SUSTAINABLE ENERGY
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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