表面プラズモン共鳴フェムト秒光熱変換分光法の開発と固液界面エネルギー移動計測

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750701
• 研究機関: 金沢工業大学
• 研究代表者: 露本 伊佐男 金沢工業大学, 工学部, 講師 (60282571)
• キーワード: 光熱変換 / 超高速 / フェムト秒 / ピコ秒 / 光電極反応 / エネルギー移動 / 固液界面 / 酸化チタン

研究概要

フェムト秒過渡反射格子法を固液界面に応用し、今まで検出不可能だった固液界面の微小な誘電率の変化を計測することに成功した。さらに表面プラズモン共鳴を併用し、固体側から液体側への超高速エネルギー移動時の微小な誘電率の変化をその場計測することに成功した。これらの成果として、次の知見を得た。
(1)ルチル構造酸化チタン単結晶とチオシアン酸カリウム水溶液の界面に150フェムト秒のパルスを入射し、その後の誘電率の過渡的変化をモニターした。その結果、従来知られている電子・ホール再結合の成分に加えて、110フェムト秒から690フェムト秒の速い時間領域で緩和する成分が新たに観測された。この速い成分の強度はチオシアン酸カリウムの濃度を増加させると増大した。これは超高速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。光触媒、光電極として有名な酸化チタンでこのような相互作用が観察された意義は極めて大きい。
(2)金/塩化ナトリウム水溶液界面におけるエネルギー移動を表面プラズモン共鳴過渡反射格子法で観測した。その結果、ホットエレクトロンによる緩和と界面熱移動による緩和の2種類の成分があることがわかった。これは界面におけるエネルギー移動には、励起状態にある電子が係わる速い成分と、熱に変化した後に移動する遅い成分の両方があることを示している。塩化ナトリウムの濃度を変化させて測定した結果、ホットエレクトロンと吸着種との電子的な相互作用が確認された。

研究成果

• [文献書誌] 火原彰秀,森下朋浩,露本伊佐男,原田明,北森武彦,澤田嗣郎: "Direct Measurements of Femtosecond Energy Dissipation Processes of Hot Electrons in a Gold Film"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2983-2987 (1999)
• [文献書誌] 森下朋浩,火原彰秀,露本伊佐男,澤田嗣郎: "Ultrafast Charge Transfer at TiO2/SCN-aq Interface Investigated by Femtosecond Transient Reflecting Grating Method"Journal of Physical Chemistry B. 103. 5984-5987 (1999)
• [文献書誌] 片山建二,澤田嗣郎,露本伊佐男,原田明: "Picosecond energy transfer at gold/electrolyte interfaces using transient reflecting grating method under surface plasmon resonace condition"Bulletin of Chemical Society of Japan. 72. 2383-2388 (1999)
• [文献書誌] 池田幸代,田中祟之,片山建二,露本伊佐男,原田明,澤田嗣郎: "Generation and observation of GHz ultrasonic waves on liquid surfaces and a liquid/liquid interface by transient reflecting grating method"Journal of Chemical Physics. 111. 9393-9397 (1999)
• [文献書誌] 火原彰秀,森下朋浩,露本伊佐男,北森武彦,澤田嗣郎: "Ultrafast electron transport phenomena in highly excited gold films"Journal of Luminescence. 83/84. 33-36 (1999)
• [文献書誌] 露本伊佐男,内川浩: "High-Performance and Simplified Quasi-Elastic Laser Scattering Method U〓 Homodyne Detection in Beam Divergence"Analytical Chemistry. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 露本伊佐男 (分担執筆): "Liquid interfaces in chemical, biological, and pharmaceutical applications"Marcel Dekker, Inc.. 853 (2000)