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2014 年度 実績報告書

ナノカーボンにおける光誘起欠陥生成反応の動力学とその制御に関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 13J01672
研究機関東北大学

研究代表者

山崎 馨  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードフラーレン / X線自由電子レーザー / クーロン爆発イメージング / 分子動力学シミュレーション
研究実績の概要

本年度は,X線自由電子レーザー(XFEL)の光とナノカーボンの相互作用にも研究対象を広げ,内殻励起によって生成するフラーレン超多価カチオンC60q+ (q = 20-60) の解離機構も解明した.電荷qによらず,正電荷間のクーロン反発によって多価原子カチオンが10-20 fs程度で非統計的に放出されるクーロン爆発が起こり,続いて中性・1価分子フラグメントの統計的脱離が起こるという2段階機構を明らかにした.

また,クーロン爆発過程が解離直前の分子構造を鋭敏に反映することを利用してナノ分子の構造変化をフェムト秒オーダーの時間分解能でイメージングする新たな手法を開発することに成功した.この手法では,時間の異なる2つの2次元フラグメント運動量分布の共分散を計算することで分子形状の変化を抽出する.本年度は特に,C60の近赤外レーザーパルス誘起コヒーレント振動のイメージングに原理検証として取り組んだ.その結果,C60の偏長・扁平(hg(1))振動による構造の変化を明瞭に運動量分布から抽出することに成功した(論文投稿準備中).現在,開発した手法の鋭敏性と安定性を高めるべく更なるアルゴリズムの改良を行っている.また,より複雑な構造を持つナノ分子のダイナミクス抽出につなげるために,クーロン爆発開始直前におけるC60の電荷分布と生成フラグメントの運動量分布にどの様な相関が見られるかについて解析を進めている.

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うちオープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件、 査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] グリーン関数法を用いた有機分子における紫外光電子スペクトルの理論計算2014

    • 著者名/発表者名
      山崎 馨・河野裕彦
    • 雑誌名

      東北大学サイバーサイエンスセンター大規模計算システム広報 SENAC

      巻: 47 ページ: 53-58

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ナノカーボンにおける光誘起転位・解離反応の動力学シミュレーション:フラーレン超多価カチオンC60q+ (q = 20-60) の2段階爆発機構とナノカーボン製分子ベアリングの回転動力学2014

    • 著者名/発表者名
      河野 裕彦,山崎 馨,池田 旭伸,菅野 学
    • 雑誌名

      自然科学研究機構 岡崎共通研究施設 計算科学研究センター センターレポート

      巻: 14 ページ: 270-273

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Communication: Two-step explosion processes of highly charged fullerene cations C60q+ (q= 20-60)2014

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamazaki, Takashi Nakamura, Naoyuki Niitsu, Manabu Kanno, Kiyoshi Ueda, Hirohiko Kono
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 141 ページ: 121105

    • DOI

      10.1063/1.4896656.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Erratum: “Communication: Two-step explosion processes of highly charged fullerene cations C60q+ (q = 20–60)” [J. Chem. Phys. 141, 121105 (2014)]2014

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamazaki, Takashi Nakamura, Naoyuki Niitsu, Manabu Kanno, Kiyoshi Ueda, Hirohiko Kono
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 141 ページ: 249904

    • DOI

      10.1063/1.4904913

  • [学会発表] Femtosecond Coulomb explosion imaging of the near-IR induced vibration of C602015

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki, W. C. Chung, N. Niitsu, M. Kanno, K. Ueda, H. Kono
    • 学会等名
      第31回化学反応討論会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス,北海道札幌市
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [学会発表] X線によるフラーレンC60の爆発反応シミュレーション:新たなナノ分子のイメージング法開発を目指して2015

    • 著者名/発表者名
      山崎 馨・新津直幸・C. W. Chung・菅野学・上田潔・河野裕彦
    • 学会等名
      東北大学大学院理学研究科 第8回 6専攻合同シンポジウム「ヤングブレインズの連携による学際的研究の開拓
    • 発表場所
      東北大学北青葉山キャンパス,宮城県仙台市
    • 年月日
      2015-02-20 – 2015-02-20
  • [学会発表] Femtosecond Coulomb explosion imaging of near-IR induced vibrational dynamics of C602015

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki
    • 学会等名
      多元研理論化学ミニシンポジウム
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス,宮城県仙台市
    • 年月日
      2015-01-13 – 2015-01-13
    • 招待講演
  • [学会発表] X線パルスによるナノ分子の動的イメージングを目指して2014

    • 著者名/発表者名
      山崎 馨・新津 直幸・W. C. Chung・菅野 学・上田 潔・河野 裕彦
    • 学会等名
      平成26年度 第1回 全領域合同研究交流会
    • 発表場所
      東北大学 国際高等研究教育院・学際科学フロンティア研究所
    • 年月日
      2014-10-21 – 2014-10-21
  • [学会発表] Capturing the coherent vibration of C60 by NIR-pump XFEL-probe ion imaging spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki, W. C. Chung, N. Niitsu, M. Kanno, K. Ueda, H. Kono
    • 学会等名
      AISAMP11
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス,宮城県仙台市
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [学会発表] C60における近赤外誘起コヒーレント振動の時間分解クーロン爆発イメージング2014

    • 著者名/発表者名
      山崎 馨・新津 直幸・W. C. Chung・菅野 学・上田 潔・河野 裕彦
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス,広島県東広島市
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] X線でナノ分子の化学反応動画を撮る: X線によるC60の 爆発反応シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      山崎馨
    • 学会等名
      2014博士博-仲間 意識の向上とイノベーションへの種まき-
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス,宮城県仙台市
    • 年月日
      2014-08-23 – 2014-08-23
  • [学会発表] ナノカーボンのクーロン爆発:C60q+ (q = 20-60) の2段階爆発機構2014

    • 著者名/発表者名
      山崎馨
    • 学会等名
      第54回分子科学若手の会夏の学校
    • 発表場所
      いこいの村能登半島, 石川県志賀町
    • 年月日
      2014-08-18 – 2014-08-22
  • [学会発表] Breaking the wall of Ultrafast chemical reaction dynamics2014

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki
    • 学会等名
      Falling Wall Lab 2014, Sendai
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス,宮城県仙台市
    • 年月日
      2014-08-08 – 2014-08-08
  • [学会発表] Two-Step Explosion Dynamics of Highly Charged Fullerene Cations C60q+ (q = 20-60)2014

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki, T. Nakamura, N. Niitsu, M. Kanno, K. Ueda, H. Kono
    • 学会等名
      UP2014
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター ,沖縄県宜野湾市
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [学会発表] Two-step explosion of highly charged fullerene cations C60q+ (q = 20-60): Size and kinetic energy distributions of daughter fragments2014

    • 著者名/発表者名
      K. Yamazaki, T. Nakamura, N. Niitsu, M. Kanno, K. Ueda, H. Kono
    • 学会等名
      第30回化学反応討論会
    • 発表場所
      イーグレ姫路,兵庫県姫路市
    • 年月日
      2014-06-04 – 2014-06-06

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公開日: 2016-06-01  

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