磁場高速ジャンプによる常磁性種の量子コヒーレンス観測

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10440164
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 村井 久雄 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (50142261)
• 研究分担者: 前田 公憲 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70229300)
• キーワード: 磁場効果 / 過渡吸収検出磁気共鳴法 / RYDMR / ラジカル対 / ミセル / スピンダイナミックス / TMDPO / マイクロ波効果

研究概要

凝縮相光化学反応系におけるラジカル対のスピンダイナミックスは化学反応分岐過程において重要な役割を演じている。本研究は、光反応直後のラジカル対における電子の量子コヒーレンスと原子核コヒーレンスを観測し、ラジカル反応に関して深く探究することを目的とする。手法は、1)ラジカル対存在下で外部磁場をジャンプさせ、あるいは、2)磁気共鳴条件においてマイクロ波磁場を高速でジャンプさせ、その直後から現われる磁気モーメントあるいは化学反応の変化を検出することにより行われる。この研究により、溶液状態における化学反応が、ラジカル対レベルで明らかとなり、凝縮相光化学反応系におけるラジカル対のスピン動力学および反応との関連をより明かとすることができる。
1) の手法をピレン/ジシアノベンゼンの系に試みた。その結果、高速時間分解外部磁場効果とよべる過渡的ラジカル対のスピン状態のリアルタイムにおけるポピュレーション変化の観測に成功した。そのデータは現在解析中で、静磁場下では観られなかった新しい現象が内在していると思われる。
2) の手法をミセル中における幾つかの系への応用を試みた。TMDPOとして知られる重合開始剤に於いては、マイクロ波磁場印加時間を徐々に長くすることにより、過渡吸収吸光度に量子コヒーレントビートが発現した。そのビートの振動数とマイクロ波磁場の定量的関係から、この現象はラジカル対内における電子スピンのマイクロ波によるスピン状態遷移に相当し、その結果ラジカル対の一重項状態からの再結合反応が制御されたという重要な結論に達した。これ以外の系としてテトラフェニルヒドジン等に関して同様が研究は進行しており。データ解析等が完了次第に投稿論文として順次公表する。

研究成果

• [文献書誌] M.Nakai: "Delayed-Fluorescence-Detected Magnetic-Resonance Study on the Spin Dynamics of the Transient Radical-Ion Pair Formed in the Photolysis of Carbazole in 2-Propanol" Chem.Phys.Letters,. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] Y.Kitahama: "The study on the magnetic field effect and the microwave effect on the photoconductivity observed in the photolysis of TMPD:Theoretical calculation trial by the stochastic-Liouville equation." Chem.Phys.238. 429-435 (1998)
• [文献書誌] A.Sekihara: "CIDEP Study of Radical-Ion Pair Systems:Photooxidation Reactions of Carbazoles by Maleic Anhydride in Alcohol Solution." Res.Chem.Intermed.24. 859-877 (1998)
• [文献書誌] Y.Iwasaki: "Study on the coherent spin motion of the radical-ion pair formed in the laser photolysis of N,N,N',N'-tetramethyl-1,4-phenylenediamine in 2-Propanol." Chem.Phys.230. 201-208 (1998)
• [文献書誌] 村井 久雄: "光化学スピンダイナミックス/電子スピンの観測と操作による光化学反応の研究." 季刊化学総説(日本化学会編/学会出版センター). 36. 102-108 (1988)