| 研究領域 | 高次複合光応答分子システムの開拓と学理の構築 |
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| 研究課題/領域番号 |
26107002
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
宮坂 博 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40182000)
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| 研究分担者 |
長澤 裕 立命館大学, 生命科学部, 教授 (50294161)
八ツ橋 知幸 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70305613)
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| 研究期間 (年度) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| キーワード | 多重励起 / 多光子励起 / レーザー光化学 / フェムト秒ダイナミクス / フォトクロミック反応 / ピコ秒レーザー |
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| 研究実績の概要 |
電子状態を選択し異なる反応を進行させることは、光化学の大きな目標の１つである。同じ分子でも電子状態が異なれば物性は異なるので、原理的には励起波長に依存した異なる反応性が期待できる。しかし数十原子以上からなる分子では、高位電子励起状態が生成しても迅速に最低励起状態に緩和するため、電子状態に強く依存した反応例はほとんど知られていなかった。我々は凝縮系におけるフォトクロミック分子系を対象とした研究から、逐次二光子吸収による開環反応の促進や励起モードに依存した反応性の差違を見いだしてきた。これらの研究結果に基づき、本課題では高位電子状態の利用とその一般化手法の開拓を目的とし、①禁制高位電子状態のダイナミクス、②振動位相制御による二光子反応の効率化、③励起子消滅により生成する高位励起状態の反応開拓、④分子－光子強結合系による電子状態変調の観点から研究を行い、多重励起、多光子励起の有効的利用法を提示することを具体的な目標として研究を行っている。
初年度であるH26年度は、フェムト秒２パルス２段励起測定系の構築を主目標として、高精度に、逐次二光子反応により生成した光反応生成物を検出可能なシステムの作成をスタートした。まずフェムト秒レーザー装置の改良を行ったが、若干の初期不良が見つかったため、次年度早々に解決することとして一部の予算を繰り越し、ピコ秒の多重励起を中心に行った。その結果、高位電子状態からの選択的電子移動と光化学反応を見出し、新たな多重励起の例として詳細な研究を開始できた。励起子消滅の系のダイナミクスについては、共同研究として愛媛大グループと研究を開始した。また、貴金属ナノ構造を用いた電子状態変調については、その基本データとなるレーザー光照射によるバブル生成に関するダイナミクス、温度変化について実験的、また数値計算を用いた知見を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
上記のように、① 禁制高位電子状態のダイナミクス、および ② 振動位相制御による二光子反応の効率化については、フェムト秒２色２段励起システム構築を開始し、２パルスの波長や時間間隔を変化させた測定への展開の準備を行った。その結果、次年度以降に、S1状態の緩和挙動や、反応に関与する高位電子励起状態への効率良いアクセスに関する情報の取得を可能とする事が可能となった。また、共同研究として、高い電子励起状態からの選択的クロモフォア間電子移動反応、またこれに続く結合解離の例を見出すことができ、多光子過程を利用した分子内反応のみならず、分子間反応への展開を可能とする詳細な研究への発展が可能となった。③ 励起子消滅により生成する高位励起状態の反応開拓についても、二光子吸収過程とS-S消滅を経た高位励起状態からの反応選択性についての研究を開始した。④ 分子－光子強結合系による電子状態変調に関しては、従来、光反応と光熱反応の区別が困難であったが、貴金属ナノ粒子近傍の温度上昇、特にバブル生成と消滅のダイナミクスに関する知見を得ることができ、２年目以降の研究の進展に必用な基礎的知見が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のように、若干の変更はあったものの、装置構築、基礎的データの取得が行われると共に、新たな知見が多く見出されている。基本的には、２年目以降は、レーザー装置の保守などを中心に、装置の整備を行いつつ、研究を継続する。
特に、２年目には、もう一台フェムト秒光学パラメトリック（OPA）波長変換系を導入し、既存の非同軸OPAと組合せ、パルス幅、波長、パルス間隔時間等の種々のパラメーターを自在に変更可能な、フェムト秒２色２段励起システムを完成させる。
既述の①から④については、概ね順調に研究が進展しており、新に見出された新現象も存在する。これらの課題についても研究体制を構築し、複合光応答に関する研究を総合的に展開することを計画している。また、共同研究についても、新物質開発の研究者とも協同体制を拡充し、領域全体の発展を目標に研究を展開する。
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