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イオン種に対する広帯域・高分解能分子分光の実現と星間イオン化学研究への応用

公募研究

研究領域次世代アストロケミストリー:素過程理解に基づく学理の再構築
研究課題/領域番号 21H05434
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関北里大学

研究代表者

水瀬 賢太  北里大学, 理学部, 講師 (70613157)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード分子分光学 / フェムト秒化学 / 分子運動 / クラスター化学 / 分子間相互作用 / イオン化学 / フェムト秒レーザー / 分子動画 / レーザー化学 / 波動関数 / 回転分光 / イオン分子反応 / 分子クラスター / 化学反応動力学
研究開始時の研究の概要

星間化学の理解・予測に必要なイオン-分子間の高精度ポテンシャルの構築のため、広範な分子イオンや分子イオン錯体に適用可能な、汎用・高感度・広帯域・高分解能分光法を開発し、星間イオン化学の発展に寄与することを目的とする。分子イオンやイオン分子錯体のスペクトル取得を通じて、理論班へのデータ提供とポテンシャルの構築、イオン分子反応の理解や有限温度での挙動予測、さらに観測に対応する星間分子候補イオンの提示を目指す。

研究実績の概要

本研究は、星間化学の理解・予測に必要なイオン-分子間の高精度ポテンシャルの構築、および新規星間分子イオンの同定のため、広範な分子イオンや分子イオン錯体に適用可能な、汎用・高感度・広帯域・高分解能分光法を開発し、星間イオン化学の発展に寄与することを目的とするものである。2年目の研究では、昨年度に開発した、分子振動・回転運動の実時間観測に基づく新しいタイプの振動分光・回転分光を、他の系へ適用することを進め、手法の最適化を行った。同種の実験は、これまでに他のグループや、研究者自身によっても一部行われてきたが、対象となる分子系はファンデルワールス2量体に限られており、相互作用の考察を深める意味でも、多量体への拡張が求められてきた。今回、エチレン3量体について、分子動画法に基づく回転分光を達成し、既存の分光定数の改善を行うとともに、3量体以上の複雑系にも手法が拡張できることを初めて示した。また、これまでの研究では、同種分子からなる系がもっぱら扱われてきたが、星間化学の解明のためには、違った分子同士の相互作用を調べることも重要となる。そのため、異種分子からなるヘテロダイマーの実験を試行した。現在までに希ガス2量体の同位体異性体ピークの確認、エチレンーメタン系の信号同定に成功しており、今後各種の分子系に適用していく。
また本研究で開発した手法は、その高感度さから、イオン種への適用が可能になると期待される。今年度、、電子イオン化とフェムト秒強光子場イオン化の2種の方法でイオンの生成実験を行い、後者についてはポンプープローブ法のスキームで回転波束の時間発展を観測した。時間発展のフーリエ変換から得られた回転スペクトルには、イオン種に帰属されるピークが弱いながら観測され、手法の有用性を示すことができた。今後、対象イオンの単離や蓄積を行うことで、効率的なスペクトル測定を可能にしていく。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 14件、 招待講演 4件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] ELTE Eotvos Lorand University(ハンガリー)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ELTE Eotvos Lorand University(ハンガリー)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct imaging of the hyperfine depolarization in electronically excited NO molecules2023

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Dai、Mizuse Kenta、Ohshima Yasuhiro
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 107 号: 4 ページ: 043116-043116

    • DOI

      10.1103/physreva.107.043116

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotational wave-packet imaging spectroscopy of the ethylene dimer2022

    • 著者名/発表者名
      Ohshima Yasuhiro, Tobata Yuya, Mizuse Kenta
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 803 ページ: 139850-139850

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2022.139850

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotational spectroscopy of the argon dimer by time-resolved Coulomb explosion imaging of rotational wave packets2022

    • 著者名/発表者名
      Mizuse Kenta, Sato Urara, Tobata Yuya, Ohshima Yasuhiro
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 24 号: 18 ページ: 11014-11022

    • DOI

      10.1039/d2cp01113a

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Rotational and vibrational wave packet imaging spectroscopy of molecular clusters2023

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse
    • 学会等名
      4th International Symposium of JSPS Core-to-Core Program on “Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 時間分解クーロン爆発イメージングによるプロピレン二量体の回転分光2022

    • 著者名/発表者名
      戸畑 佑哉,水瀬 賢太, 大島 康裕
    • 学会等名
      第22回分子分光研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 時間分解クーロン爆発イメージングによるプロピレン二量体の回転分光2022

    • 著者名/発表者名
      戸畑 佑哉,水瀬 賢太,大島 康裕
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会2022横浜
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Imaging Hyperfine Depolarization of Electronically Excited Nitric Oxide2022

    • 著者名/発表者名
      Dai Ikeda, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      the 36th International Symposium on Free Radicals
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Population control of torsional vibration in biphenyl derivatives using wave-packet interference2022

    • 著者名/発表者名
      Makoto Nikaido, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      第37回化学反応討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rotational spectroscopy of propylene dimers by time-resolved Coulomb explosion imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Yuya Tobata, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      3rd International Symposium of JSPS Core-to-Core Program on “Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クーロン爆発イメージングを用いたクリプトンダイマーの回転分光2022

    • 著者名/発表者名
      柿崎 依里,水瀬 賢太,佐藤 うらら,戸畑 佑哉,石川 春樹,大島 康裕
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会2022横浜
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 分子振動・回転波束ダイナミクスの高精度イメージングと分光応用2022

    • 著者名/発表者名
      水瀬 賢太
    • 学会等名
      日本分光学会年次講演会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Pure rotational spectroscopy of rare gas dimers based on rotational wave packet imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse
    • 学会等名
      75th International Symposium on Molecular Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of molecular movie-based high-resolution spectroscopic technique for molecular complexes and ionic species2022

    • 著者名/発表者名
      K. Mizuse, Y. Tobata, E. Kakizaki, N. Hosokawa, Y. Ohshima
    • 学会等名
      Symposium on Next Generation Astrochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct imaging of rotational wave packets in molecular clusters and chiral molecules2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse
    • 学会等名
      26th International Workshop on Theory for Attsecond Quantum Dynamics (IWTAQD)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 極短パルスレーザーを用いたビフェニル誘導体におけるねじれ振動波束の生成・制御2021

    • 著者名/発表者名
      二階堂 誠, 水瀬 賢太, 大島 康裕
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Rotational wave packet imaging spectroscopy of methane dimer2021

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse, Yuhei Oyagi, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      27th Colloquium on High-Resolution Molecular Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coherent control of torsional vibration in biphenyl derivatives by impulsive stimulated Raman scattering2021

    • 著者名/発表者名
      Nikaido Makoto, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      27th Colloquium on High-Resolution Molecular Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時間分解クーロン爆発イメージングによる不飽和炭化水素二量体の回転分光2021

    • 著者名/発表者名
      戸畑 佑哉, 水瀬 賢太, 大島 康裕
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] レーザー分光および量子化学計算によるベンゼン-水素クラスターにおける結合エネルギーの決定2021

    • 著者名/発表者名
      馬 顔玉, 佐々木 徹,中村 雅明,水瀬 賢太, 大島 康裕
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Rotational wave packet imaging of molecular clusters and chiral molecules”2021

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse
    • 学会等名
      Kick-off International Symposium of JSPS Core-to-Core Program on“Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rotational spectroscopy of unsaturated hydrocarbon clusters by time-resolved Coulomb explosion imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Yuya Tobata, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      Kick-off International Symposium of JSPS Core-to-Core Program on“Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental and theoretical study on population control of torsional vibration in biphenyl derivatives using ultrashort laser pulses2021

    • 著者名/発表者名
      Makoto Nikaido, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      Kick-off International Symposium of JSPS Core-to-Core Program on“Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Determination of binding energies in the benzene-H2 van der Waals complex by laser spectroscopy and quantum chemical calculation2021

    • 著者名/発表者名
      Yanyu Ma, Toru Sasaki, Masaaki Nakamura, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      Kick-off International Symposium of JSPS Core-to-Core Program on“Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rotational wave packet imaging of molecular clusters and chiral molecules”2021

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse
    • 学会等名
      2nd International Symposium on “Molecular Recognition Mechanism between Flexible Molecules”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~ohshima/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~ohshima/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/70613157

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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