研究課題
挑戦的研究(開拓)
本研究では，ピコ秒時間分解ラマン分光法と表面増強ラマン散乱(SERS)分光法を融合させた「ピコ秒時間分解表面増強ラマン分光法」を開発して，化学反応中間体などの過渡分子種を超高感度・超高速で検出することをめざす．この「ピコ秒時間分解表面増強ラマン分光法」では，金や銀などの金属ナノ粒子の表面近傍に存在する分子のラマン散乱が表面プラズモン共鳴および金属への電荷移動遷移への共鳴によって著しく増大することを利用する．化学反応の理解は，化学における主要な研究課題の一つである．本研究が所期の目的を達すれば，化学反応の理解を著しく進歩させるための実験手段を提供できることになる．
本研究課題の目的は，化学反応の中間体となる短寿命分子種を高感度に検出するための超高速分光法を開発することである．この目的のためにはまず高安定なピコ秒時間分解ラマン分光計を製作することが必要となる．研究代表者らは，安定性に優れたフェムト秒レーザーを光源に利用することで高安定ピコ秒時間分解ラマン分光計を製作することに成功した．この分光計ではノッチフィルターでフェムト秒光パルスを狭帯域化してピコ秒光パルスに変換している．出力安定性は二乗平均平方根0.8％であり，周波数・時間積はフーリエ変換限界の1.2から1.3倍であった．この新たな方式によるピコ秒時間分解ラマン分光計の開発を報告した論文は国際学術誌で高い評価を受けて，カバー論文に選ばれた．新たに製作した高安定ピコ秒時間ラマン分解計を利用して，金および銀のナノ粒子近傍におけるターチオフェン分子の最低励起1重項状態における振動緩和過程を観測した．この実験で，電子励起されたターチオフェンと金属ナノ粒子との間の3ピコ秒以内での高速な振動エネルギー移動が振動モード特異的に進行することを観測した．この実験結果に基づいて，分子内および分子間の振動カップリングによるエネルギー伝達モデルを提案することができた．光照射によって生成したターチオフェンラジカルカチオンの時間分解ラマンスペクトルの測定から，金属ナノ粒子によるモード選択的な振動位相緩和の加速やねじれ構造の緩和を示唆した．一連の研究は，分子内および分子間の振動相互作用に誘起されたエネルギー伝達機構を提案する重要な意味を持っている．最終年度である令和5年度には，研究実績について論文を執筆するとともに，国際会議で5回の招待講演を含む6回の研究発表を行った．これらの機会を利用して世界各地の専門家と議論して研究成果について多面的な理解を深めるとともに，本課題の成果を広く発信した．
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すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 18件、 招待講演 10件) 備考 (4件)
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