テラヘルツ時間領域分光法による弱い相互作用と分子間振動の動的構造の解明

• 研究課題/領域番号: 23750009
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 山本 晃司 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (70432507)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 分子動力学 / テラヘルツ分光 / テラヘルツ / 物理化学 / ダイナミクス / 分子間相互作用 / 誘電率

研究概要

弱い水素結合の存在を明らかにするために、DMSO/シクロヘキサン系をテラヘルツ時間領域分光法と中赤外吸収分光法を用いて実験を行った。中赤外吸収領域のS=O伸縮振動バンドの観測から、溶液中において単量体と2量体のDMSOの存在を明らかにし、密度汎関数法を用いた量子化学計算からDMSOの2量体形成の妥当性を示した。これらの結果を踏まえて、テラヘルツ領域にDMSOの2量体による吸収バンドが存在することを明らかにした。 枝分かれ構造を持つ飽和炭化水素液体に対して、テラヘルツ時間領域分光法で得られたテラヘルツ領域のスペクトルの吸収では、枝分かれ位置と構造に依存した周波数領域の吸収が観測された。この分子構造との相関に関して、MDシミュレーションを用いて調べた。MDシミュレーションから、環状になると振動的振る舞いが現れ、テラヘルツ領域にブロードなスペクトル形状を与えることが示唆された。ただし、直鎖アルカンの枝分かれ構造に依存したテラヘルツ誘電スペクトルの差異は、現時点では再現することができなかった。今後、量子化学計算によって、力場を改良したMDシミュレーションを行う必要があることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Non-ellipsometric detection of terahertz radiation using heterodyne EO sampling in the Cherenkov velocity matching scheme (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 21 ページ: 9277-9288
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz emission from GaAs-AlGaAs core-shell nanowires on Si (100) substrate: effects of applied magnetic field and excitation wavelength (2013)
  • 著者名/発表者名: Jasher John Ibanes
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102 ページ: 63101-63101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lens Coupler and Magnetic Field Terahertz Emission Enhancement in InSb and InAs under 1.55-um Excitation (2013)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Nakajima
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 32201-32201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast-Scan Terahertz Time Domain Spectrometer Based on Laser Repetition Frequency Modulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Furuya
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 22401-22401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intense terahertz emission from MBE-grown GaAs/GaSb(001) (2012)
  • 著者名/発表者名: Cyril Sadia, Aleena Maria Laganapan, Mae Agatha Tumanguil, Elmer Estacio, Armando Somintac, Arnel Salvador, Christopher Que, Kohji Yamamoto, Masahiko Tani
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112(12)
• [雑誌論文] Photoconductive Emission and Detection of Terahertz Pulsed Radiation Using Semiconductors and Semiconductor Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani, Kohji Yamamoto, Elmer S. Estacio, Christopher T. Que, Hidekazu Nakajima, Masakazu Hibi, Fumiaki Miyamaru, Seizi Nishizawa, and Masanori Hangyo
  • 雑誌名: In a special issue of Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: 33(5) ページ: 393-404
• [雑誌論文] Low-frequency Coherent Raman Spectroscopy Using Spectral-focusing of Chirped Laser Pulses (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani, Masakazu Hibi, Kohji Yamamoto, Mariko Yamaguchi, Elmer S. Estacio, Christopher T. Que, and Masanori Hangyo
  • 雑誌名: Vibrational Spectroscopy (ed. by Dominique de Caro
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz emission from Indium Oxide films grown on MgO substrates using sub-bandgap photon energy excitation (2012)
  • 著者名/発表者名: Elmer S. Estacio, Christopher T. Que, Fritz C.B. Awitan, Jan Issac Bugante, Francesca Isabel de Vera, Jonathan Azares, Jessica Afalla, Jeffrey de Vero, Armando S. Somintac, Roland V. Sarmago, Arnel A. Salvador, Kohji Yamamoto, and Masahiko Tani
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 20(4) ページ: 4518-4524
• [雑誌論文] Intense terahertz emission from MBE-grown GaAs/GaSb(001) (2012)
  • 著者名/発表者名: Cyril Sadia
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112 ページ: 123514-123514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoconductive Emission and Detection of Terahertz Pulsed Radiation Using Semiconductors and Semiconductor Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: 33 ページ: 393-404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz emission from Indium Oxide films grown on MgO substrates using sub-bandgap photon energy excitation (2012)
  • 著者名/発表者名: Elmer S. Estacio
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 20 ページ: 4518-4524
• [雑誌論文] Low-frequency Coherent Raman Spectroscopy Using Spectral-focusing of Chirped Laser Pulses (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani, Masakazu Hibi, Kohji Yamamoto, Mariko Yamaguchi, Elmer S. Estacio, Christopher T. Que, and Masanori Hangyo
  • 雑誌名: Vibrational Spectroscopy 巻: 11 ページ: 153-168
• [雑誌論文] Terahertz emission from Indium Oxide films grown on MgO substrates using sub-bandgap photon energy excitation (2012)
  • 著者名/発表者名: E. S. Estacio, C. T. Que, F. C.B. Awitan, J. I. Bugante, F. I. de Vera, J. Azares, J. Afalla, J. de Vero, A. S. Somintac, R. V. Sarmago, A. A. Salvador, Kohji Yamamoto, and Masahiko Tani
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 20 ページ: 4518-4524
• [雑誌論文] Efficient electro-optic sampling detection of terahertz radiation via Cherenkov phase matching (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani, Kazuki Horita, Tetsuya Kinoshita, Christopher T. Que, Elmer Estacio, Kohji Yamamoto, and Michael I. Bakunov
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 19(21) ページ: 19901-19906
• [雑誌論文] Application of Terahertz Absorption Spectroscopy to Evaluation of Aging Variation of Medicine (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kawase, Tadashi Saito, Masafumi Ogawa, Hideki Uejima, Yasutoshi Hatsuda, Sonoyo Kawanishi, Yoshihiko Hirotani, Michiaki Myotoku, Kenji Ikeda, Hiroki Konishi, Ikumi Iga, Junji Yamakawa, Seizi Nishizawa, Kohji Yamamoto, and Masahiko Tani
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 27(2) ページ: 209-212
• [雑誌論文] Efficient electro-optic sampling detection of terahertz radiation via Cherenkov phase matching (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani, Kazuki Horita, Tetsuya Kinoshita, Christopher T. Que, Elmer Estacio, Kohji Yamamoto, and Michael I. Bakunov
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 19 ページ: 19901-19906
• [雑誌論文] ヘテロダイン電気光学サンプリングによるテラヘノレツパルス波の検出
  • 著者名/発表者名: 谷正彦, Michael I. Bakunov, 山本晃司, 堀田和希, 木下哲也, 永瀬友大
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 A(基礎・材料・共通部門誌) IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: vol.132 No.9 ページ: 727-733
• [学会発表] Terahertz Dielectric Response of Saturated Hydrocarbon (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto, Kanami Kotani, Daiki Tsunemi, Shogo Hayashi, Hirokatu Itoh, Kazutoshi Fukui, Masahiko Tani
  • 学会等名: Poster No. Pos2.26, International Symposium on Frontiers in Terahertz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Todaiji Culture Center, Nara, Japan
• [学会発表] Terahertz Time-Domain Spectroscopy of CVD Diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto, Hironori Iwasaki, Shinsei Tsuji, Ryouhei Yasuda, Kazutoshi Fukui, Masahiko Tani, Takashi Shimozuma, Satoshi Ito, and Teruo Saito
  • 学会等名: Fri-A-1-6, The 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: University of Wollongong, Wollongong, Australia
• [学会発表] Terahertz Superfocusing Using a Metal Tapered Parallel Waveguide and Its Application to Terahertz Time-Domain Spectroscopy of Hollow Plastic Tube (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto, Hironori Iwasaki, Shinsei Tsuji, Ryouhei Yasuda, Kazutoshi Fukui, Kazuyoshi Kurihara, Fumiyoshi Kuwashima, and Masahiko Tani
  • 学会等名: Mon-Pos-45, The 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: University of Wollongong, Wollongong, Australia
• [学会発表] Weak hydrogen bonding of dimethylsulfoxide in cyclohexane using terahertz and FT-IR absorption spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohsuke Murakami
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in Terahertz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Nara
• [学会発表] Terahertz Dielectric Response of Saturated Hydrocarbon (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in Terahertz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Nara
• [学会発表] Terahertz Time-Domain Spectroscopy of CVD Diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto
  • 学会等名: The 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: Wollongong, Australia
• [学会発表] Terahertz Superfocusing Using a Metal Tapered Parallel Waveguide and Its Application to Terahertz Time-Domain Spectroscopy of Hollow Plastic Tube (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto
  • 学会等名: The 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: Wollongong, Australia
• [学会発表] 赤外分光法,時間領域テラヘルツ分光法,DFT 法を用いた，「弱い水素結合：CH…O」の形成によるプロピオンアルデヒド,ジメチルスルホキドの自己会合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水野和子
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会2012
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] ポリフッ化ビニリデンのテラヘルツ誘電スペクトルの結晶構造依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本晃司，安田良平，河野昭彦，堀邊英夫，福井一俊，谷正彦
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
• [学会発表] プロピオンアルデヒド会合体中に形成される水素結合 CH…O のテラヘルツ時間領域分光法による検出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水野和子、菊地巧也、村上公祐介、永岡一、山本晃司、福井一俊、谷正彦
  • 学会等名: 第34回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学ES総合館（名古屋）
• [備考] ホームページ
  • URL: http://fir.u-fukui.ac.jp/
• [産業財産権] 電磁波の位相速度制御方法及び位相速度制御構造 (2013)
  • 発明者名: 谷 正彦、左近 知也、竹嶋 大貴、都築 聡、山本 晃司、栗原 一嘉、古屋 岳、桑島 史欣
  • 権利者名: 谷 正彦、左近 知也、竹嶋 大貴、都築 聡、山本 晃司、栗原 一嘉、古屋 岳、桑島 史欣
  • 産業財産権番号: 2012-155368
  • 取得年月日: 2013-05-14
• [産業財産権] 電磁波検出方法及び電磁波検出装置 (2012)
  • 発明者名: 谷 正彦,山本 晃司,エスタシオ エルマー,ケ クリストファー
  • 権利者名: 谷 正彦,山本 晃司,エスタシオ エルマー,ケ クリストファー
  • 産業財産権番号: 2012-155368
  • 取得年月日: 2012-07-11
• [産業財産権] 2012－155368 (2012)
  • 発明者名: 2012.07.11
  • 権利者名: 2012.07.11
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-07-11