短波長自由電子レーザーを用いた光解離性分子の時間分解分光

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17487
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福澤 宏宣 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40541834)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 分子動画

研究実績の概要

東北大で所有する近赤外フェムト秒光学レーザーパルスを２分割して用いるポンプ・プローブ計測を、重元素を含むいくつかの分子に対して行った。実験では、レーザーパルス照射によって放出される分子イオンや原子イオンの収量を、２つのレーザーパルスが標的に到達する時間差（遅延時間）の関数として計測した。ジヨードメタン分子を標的分子とした際に、ヨウ素分子イオンの収量が遅延時間に対して振動することを見出した。このことは１つ目のレーザーパルスによって分子の変角振動を誘起していることを示唆している。
この現象を最も観測しやすいポンプレーザーの条件を検討し、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）施設SACLAにおいて近赤外レーザーとXFELとによるポンプ・プローブ計測を実施した。SACLAでの実験では分子はバラバラに解離し、一つの分子から複数の原子イオンが放出され、炭素原子イオンやヨウ素原子イオンは多重にイオン化する。複数のイオンの収量および運動量を同時に計測しイオン種によって異なる遅延時間依存性を見出した。さらに詳細に解析し、複数のイオンの運動量の相関を抽出することで、分子が変形していく様子や、分子内で電荷が移動する様子を観測することが出来ると期待される。
さらに、重元素を含む分子の次の標的試料を探索するため、重元素を含むクラスターの荷電粒子運動量多重同時計測実験を、大型放射光施設SPring-8の軟Ｘ線ビームラインで行った。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初計画では平成27年度はFELを用いた時間分解測定に先立ち、放射光を用いた定常状態測定を行う予定であったが、実験室光源を用いた予備測定により、FELを用いた時間分解測定の目途を付け、実施することが出来た為。
また、放射光を用いて、新たな標的試料を探索することもできた為。

今後の研究の推進方策

SACLAでの実験で得られたジヨードメタン分子のデータを詳細に解析し、検出した原子イオンの運動量相関を得ることで、荷電粒子を放出した時点での分子の構造に関する情報を抽出する。さらに時分割計測の結果と統合して、レーザー照射によって分子が変化していく様子を捉える。

研究成果

• [国際共同研究] トゥルク大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: トゥルク大学
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/European XFEL(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルグ大学/ゲーテ大学/European XFEL
• [国際共同研究] Extreme Light Infrastructure(ルーマニア)
  • 国名: ルーマニア
  • 外国機関名: Extreme Light Infrastructure
• [国際共同研究] ソレイユ(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ソレイユ
• [国際共同研究] カンザス州立大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カンザス州立大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [学会発表] SACLAのX線自由電子レーザーを用いたジヨードメタン分子における光誘起反応の時間分解測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高梨 司, 福澤 宏宣, 本村 幸治, 永谷 清信, 和田 真一, 熊谷 嘉晃, Iablonskyi Denys, Mondal Subhendu, 伊藤 雄太, 立花 徹也, 山田 周平, 榊原 悠太, You Daehyun, 西山 俊幸, 松波 健司, 酒井 司, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 梅本 嵩之, 仮屋薗 寛悟, 梶本 真司, 五月女 光, Kukk Edwin, Kooser Kuno, Nicolas Christophe, Miron Catalin, 他
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Ne-Kr 混合クラスターにおける Ne 1s 光イオン化からの緩和過程の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: You Daehyun, 榊原 悠太, 福澤 宏宣, 高梨 司, 伊藤 雄太, Maliyar Gianluigi, 本村 幸治, 永谷 清信, 西山 俊幸, 浅 和貴, 佐藤 由比呂, 八尾 誠, Schoeffler Markus, Kastirke Gregor, Gokhberg Kirill, Kuleff Alexander, Cederbaum Lorenz, 大浦 正樹, 齋藤 則生, 上田 潔
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22