レーザー光を用いた中性分子のマニピュレーションとその応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12304020
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 酒井 広文 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (20322034)
• 研究分担者: 峯本 紳一郎 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (90323493)
• キーワード: 非共鳴誘起双極子 / 分子の配向制御と配列制御 / 化学反応ダイナミクス / 配置効果 / 選択的制御 / 2次元イメージング / 分子光学 / 断熱領域と非断熱領域

研究概要

今年度は、本研究課題を実施するのに不可欠な、MCP、フォスファースクリーン、CCDカメラからなる2次元イオンイメージングシステムを備えた実験装置を新たに開発した。現在、装置の性能試験を進めている。2次元イオンイメージング技術は、現時点では、分子の配向や配列を評価するのに最も有効な手法であると考えられる。装置の設計に当たっては、以下の点を特に考慮した。
1)分子ビームの射出方向は、観測軸と同一とした。これにより、中心対称性の維持された歪みの無いイメージが得られる。2)フラグメントイオンの加速電極部は、静電レンズ効果を用いたvelocity map imagingの手法を採用し、大口径(直径20mm)、メッシュ無しの構造とした。velocity map imagingの手法を採用すれば、加速電圧の最適化により、初速度ベクトルの等しいフラグメントイオンは、検出器の同一点上に到達する。従って、空間分解能の高い測定を行うことが可能となる。装置の開発に関連して、CCDカメラで撮影した2次元イメージをディスプレイ上に表示するためのインターフェース部分や特定のイオンを選択的に観測するための高速高電圧電源なども自作した。
研究代表者らは先に、2波長レーザー光の重ね合わせにより生成される非対称電場(即ち、非対称ポテンシャル)を用いた中性分子の配列制御の可能性を断熱領域において検討した。モデル分子とFCN分子について計算を行い、分子が十分回転冷却されている場合には、上記のアプローチにより配列制御できる可能性があること示した。
今年度はさらに断熱領域以外の条件における配向や配列の時間発展を詳細に検討するため、時間に依存するシュレーディンガー方程式を数値的に解くコードを開発した。非断熱領域で実験を行えば、レーザーが通過した後に配向や配列が実現する可能性があり、高強度レーザー電場が存在しない状況を必要とする高精度な分光実験などに対する有力なアプローチとなりうる。

研究成果

• [文献書誌] Hirofumi Sakai,Jakob Juul Larsen,C.P.Safvan,Ida Wendt-Larsen, et al.: "Alignment of neutral molecules by a strong nonresonant laser field"Advances in multiphoton processes and spectroscopy. 14. 135-150 (2001)
• [文献書誌] Hirofumi Sakai,Jakob Juul Larsen,C.P.Safvan,Ida Wendt-Larsen, et al.: "Alignment of neutral molecules by a strong nonresonant linearly-polarized laser field"Laser control and manipulation of molecules. (to be published). (2001)
• [文献書誌] S.Minemoto,J.Mueler,G.Gantefoer,H.J.Muenzer,J.Boneberg,and P.Leiderer: "Direct observation of dynamics of electronic excitations in clusters"Physical Review Letters. 84・16. 3554-3557 (2000)
• [文献書誌] S.Minemoto,A.Terasaki,and T.Kondow: "Electronic and geometric structures of Vanadium cluster ions,V_n^+ (n=3-5), studied by optical absorption spectroscopy"Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 106・2-3. 171-178 (2000)