化学反応動力学の量子制御に関する理論的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12042207
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤村 勇一 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90004473)
• 研究分担者: 大槻 幸義 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40203848) ; 河野 裕彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70178226)
• キーワード: 量子制御 / 鏡像異性体 / キラリティー / ラセシ体 / 配向 / 核波束 / レーザー制御 / ポンプ-ダンプ法

研究概要

今年度の目的は、ランダムに空間分布した鏡像異性体のラセミ体(L体、R体50%:50%混合)からL(R)体の片方をレーザーを利用して生成させる墨子制御法を確立することであった。この鏡像異性体の光変換は有機・生化学的また、物理化学的に重要な課題である。これまでの鏡像異性体の制御理論は全て配向が揃っている条件下で行われてきた。本研究では、つぎの2つの量子制御過程に別けて取り扱った。第一に、ランダムに分布したラセミ体の配向を赤外レーザーにより制御する。次に、この空間制御された反応系を紫外レーザーによりキラリティ変換してL(R)体の片方をつくる。具体的量子制御として、H_2POSHを取り上げた。最適電場はいずれも直線偏光の電場である。配向制御の取り扱いでは、分子の双極子モーメントと分極率をab initio法で求めた。1ピコ秒以内に配向をそろえることができた。分子回転には約16ピコ秒かかるのでこの配向制御は非断熱的な取り扱いである。その制御機構は基本的にはP-S基の伸縮振動の基本振動数とその半分の振動数の倍音を持つ光との干渉によるものである。これにより空間非対称性が分子系に誘導される。次に、キラリティの制御のエッセンスは、L-体とR-体とでは双極子モーメントが異なるということを利用することにある。このことからレーザーの偏光を制御変数として異性化反応を制御できた。ポンプーダンプの方法と断熱的偏光依存性による方法の2種類の方法を開発した。いずれの方法でも、90%以上の収率が実現されていた。これらの成果の一部は既に国際雑誌J.Chem.Phys.等に発表(受理)された。

研究成果

• [文献書誌] K.Hoki: "Quantum control of alignment and orientation of molecules by optimized laser pulses"Chem.Phys.. 267. 187-193 (2001)
• [文献書誌] H.Umeda: "Applicability of a classical local control method to"Chem.Phys.. 274. 231-241 (2001)
• [文献書誌] I.Kawata: "Enhanced inization of the two electron molecule H_2 in intense laser fields : mechanism of the creation of doorway states"Laser Phys.. 11. 188-197 (2001)
• [文献書誌] H.Kono: "A theoretical study of electronic dynamics and deformation of CO_2 in intense laser fields"J.Phys.Chem.A. 105・23. 5627-5636 (2001)
• [文献書誌] K.Hoki: "Control of molecular handedness using pump-dump laser fields"J.Chem.Phys.. 116・6. 2433-2436 (2002)
• [文献書誌] Y.Ohta: "Theory of stimulated Raman adiabatic passage in a degenerated reaction systems: application to control of molecular handedness"J.Chem.Phys.. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] Y.Fujimura: "Multiphoton Spectroscopy in Encyclopedia of physical Science and Technology Vol.10"Academic Press, San Diego. 30 (2002)