光熱変換分光法による液相ナノ空間ケミストリー

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305063
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 澤田 嗣郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90011105)
• 研究分担者: 露本 伊佐男 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60282571) ; 北森 武彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60214821)
• キーワード: 光熱変換 / 超高速 / フェムト秒 / ピコ秒 / 単一分子 / ナノ空間 / 熱レンズ / 液相

研究概要

我々はこれまでにフェムト秒光熱変換分光法を開発し、フェムト秒領域での光誘起後の屈折率変化を追跡するのに成功した。本研究ではこのフェムト秒光熱変換分光法に、表界面選択性の付与、及び対物レンズの適用による顕微化により、極微小領域(ナノ空間)のフェムト秒領域でのダイナミクスを解明を目指す。
まず、フェムト秒光熱変換分光法を固液界面に適用し、固液界面ナノ領域におけるダイナミクスを追跡した。酸化チタンルチル単結晶(001)/KSCN水溶液界面に150フェムト秒のパルスを入射し、その後の屈折率の過渡的な変化を追跡した。その変化には従来知られているナノ秒レベルの電子・ホール再結合の成分に加えて、500フェムト秒で緩和する速い成分が観察された。これは500フェムト秒以内の速い時間領域で、励起状態のキャリアが、吸着種であるチオシアン酸イオンに移動していることを示している。このような速い時間領域での電荷移動はこれまでの理論では説明できず、励起状態のホールが非平衡な状態でチオシアン酸イオンに移動していることを示唆している。これは酸化チタンのホットキャリアとその吸着種の相互作用の初めての観察である。
また、フェムト秒光熱変換分光法(超高速レンズ効果測定法)に高倍率の対物レンズを適用し、液相中の微小空間計測を行った。超高速レンズ効果信号の強度と試料配置、光学軸との関係を求め、測定における技術的課題を解決した。試料として、光異性化反応を起こすアミノアゾベンゼンを用い、シス・トランス転移速度と溶媒物性との関係を検討した。溶媒粘性の分子レベルでの解釈に向けて理論を構築中である。

研究成果

• [文献書誌] 章 真輝、露本伊佐男、北森武彦、澤田嗣郎: "Observation of Dynamic and Collective Behavior of Surfactant Molecules at a Water/Nitrobenzene Interface by a Time-Resolved Quasi-Elastic Laser Scattering Method" Journal of Physical Chemistry B. 102. 10284-10287 (1998)
• [文献書誌] 露本伊佐男、北森武彦、澤田嗣郎ほか: "Density Estimation of Liquid/Liquid Interfacial Regions Using a Quasi-Elastic Laser Scattering Method" Journal of Physical Chemistry A. 102. 2684-2687 (1998)
• [文献書誌] 高橋賢、露本伊佐男、北森武彦、澤田嗣郎: "Monitoring of molecular behavior of a chemical oscillation system at a liquid/liquid interface using a time-resolved quasi-elastic laser scattering method" Electrochimica Acta. 44. 165-169 (1998)
• [文献書誌] 片山健二、澤田嗣郎、沈青、原田明: "Detection of photoinduced electronic, thermal, and acoustic dynamics of gold film using a transient reflecting grating method under three types of surface plasmon resonance conditions." Physical Review B. 58. 8428-8436 (1998)
• [文献書誌] 馬渡和真、北森武彦、澤田嗣郎: "Individual Detection of Single-Nanometer-Sized Particles in Liquid by Photothermal Microscope" Analytical Chemistry. 70. 5037-5041 (1998)
• [文献書誌] 原田明、安達直泰、澤田嗣郎: "Subnanosecond transient-reflecting-grating measurements and depth-profiling analysis of mesoscopic subsurface properties of a nickel single crystal" Physical Review B. 58. 7319-7327 (1998)