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本研究は、解離や異性化のような単分子反応に関して、遷移状態近傍の振動量子状態を実空間で可視化することを目的とした。特に、分子運動を実空間イメージとして捉える実験手法の確立、ならびに、高励起振動状態に存在する分子を選択的かつ高効率で生成する手法の開拓に重点的に取り組んだ。研究最終年度の平成30年度は、以下の成果があった。
１）これまでに、単一量子固有状態の実空間イメージングへの取り組みとして、電子励起したNO分子について研究を進めてきた。ここでは、波長可変レーザーによって NOを第一電子励起状態(A状態)へ遷移させ、その後、円偏光フェムト秒パルスによりクーロン爆発させる手法を用いた。解離生成物であるN+ の２次元画像観測により、A状態の特定の回転準位に対応する実空間イメージの取得が行える。本年度は、励起パルスとクーロン爆発パルスとの遅延時間を掃引することにより、窒素核スピンに関する超微細相互作用によってナノ秒の時間スケールで空間配向分布が変化する効果を、実空間で初めて観測することに成功した。
２）高振動励起状態の選択的な生成法として、高強度フェムト秒パルスによるインパルシブラマン(IRS)過程を利用することに取り組んだ。低振動数で大振幅な分子内運動の典型であるねじれ振動を有する分子としてビフェニルの誘導体を対象として取り上げた。IRS励起の後に、共鳴２光子イオン化を用いてスペクトルを測定することにより、ねじれ振動が励起した状態からの遷移（ホットバンド）を観測することができた。さらに、適切な遅延時間を付けたフェムト秒パルスのペアによってIRS励起を行うことにより、振動励起の程度を制御可能であることを見出した。遅延時間に対するホットバンド強度の変動から、ねじれ振動の振動数を決定することができ、特に、第２励起状態まで段階的な励起が実現できていることが確認された。
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