強光子場による有機分子のイオン化・クーロン爆発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14077214
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 中島 信昭 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00106163)
• 研究分担者: 八ッ橋 知幸 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70305613)
• キーワード: 強光子場 / 有機分子 / イオン化 / クーロン爆発 / フェムト秒 / ダイオキシン / トンネルイオン化 / ポンプ-プローブ法

研究概要

有機分子の高強度フェムト秒レーザー励起のイオン化において親イオン/フラグメント化を調べ,クーロン爆発ではC_6F_6の結果を解析した。赤外多光子イオン化法を利用したポンプ-プローブ法を共同研究で始めた。これらの研究は反応機構の研究、微量分析に発展できる。
1.高強度フェムト秒レーザーを用いた非共鳴多光子イオン化において,「レーザー波長がカチオンの吸収と非共鳴の場合に親イオンの生成が有力になる。」ことを明らかにした。これを一般化するため、波長可変赤外レーザー励起の実験を開始した。2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンでは800nm励起ではフラグメントイオンが観測された。しかし、1400nm励起では親イオンのみが観測された。この分子のカチオンは800nmに吸収を持ち,1400nmに吸収を持たないからである。この考え方をジベンゾ-P-ダイオキシン,その関連分子に応用する詳細な実験を進めた。
2.100%イオン化が起こるとされるレーザー強度I_<sat>を求める実験を進めた。メタン系化合物のI_<sat>は希ガスのそれの延長で説明でき、ベンゼン系を含むπ電子を持つ化合物はこれらよりも大きい値を示した。
3.赤外多光子イオン化法を利用したポンプ-プローブ法をW.Fussらは開発した。共同研究で二重蛍光を出すことで有名なN, N'-ジメチルアミノベンゾニトリル、その関連分子のポテンシャルを調べた。100fs以内で電荷移動状態は生成し、分子がねじれていること(48cm^<-1>)平面を示唆する振動(71cm^<-1>)の両方が観測された。
4.C_<60>、C_6H_6に続いてC_6F_6のクーロン爆発を昨年度までに実験的に調べた。フッ素イオンはレーザー偏光と水平方向、炭素イオンはレーザー偏光と角度を持って放出された。重原子効果をモレキュラーダイナミックスでシミレーションし,まとめた。

研究成果

• [文献書誌] S.A.Trushin, T.Yatsuhashi, W.Fuss, W.E.Schmid: "Coherent oscillations in the charge-transfer system 4-dimethylamino-benzonitrile"Chemical Physics Letters. 376. 282-291 (2003)
• [文献書誌] Harada, H., Tanaka, M., Murakami, M., Shimizu, S., Yatsuhashi, T., Nakashima, N., Sakabe S., Izawa, Y., Tojo S., Majima, T.: "Ionization and Fragmentation of Some Chlorinated Compounds and Dibenzo-p-dioxin with an Intense Femtosecond Laer Pulse at 800 nm"Journal Physical Chemistry A. 107. 6580-6586 (2003)
• [文献書誌] Yatsuhashi, T., Trushin, S.A., Fuss, W., Rettig, W., Schmid, W.E., Zilberge, S.: "Ultrafast Charge Transfer and Coherent Oscillations in 4-Piperidino-benzonitrile"Chemical Physics. 296. 1-12 (2004)
• [文献書誌] 中島信昭, 八ッ橋知幸, 篠原秀則, 島田義則: "フェムト秒レーザーによる微量分析"応用物理. (印刷中).
• [文献書誌] 中島信昭(分担): "先端化学シリーズII電気化学/光化学/無機固体/環境ケミカルサイエンス,(強光度レーザーの化学の部分を担当)"日本化学会. 128-133 (2003)