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2009 年度 実績報告書

レーザー場における複合電子系分子のダイナミックスとその制御

研究課題

研究課題/領域番号 18066002
研究機関東北大学

研究代表者

河野 裕彦  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70178226)

キーワード原子・分子科学 / 動力学理論 / フラーレン / Stone-Wales転位 / レーザー / 化学反応制御 / 電子波束 / 時間依存多配置ハートリー・フォック法
研究概要

光励起による反応制御の機構解明を目的とし、強レーザー場によって誘起される初期振動ダイナミクスを時間依存断熱状態法に基づいた第一原理分子動力学計算により求めた。これにより、C_<60>ではパルス列を使うことによって特定の振動モードを選択的に励起できることを示した。振動励起後から解離に至る長時間ダイナミクスには、精度を保ちつつも計算コストを大幅に軽減する密度汎関数緊密結合法を用いた。初期に励起された振動モードのエネルギーは数ps程度で他のモードに流入し、その後、ピコ秒以下の時間スケールでエネルギー交換をしていることが分かった。解離につながるStone-Wales転位を起こすC=C結合周りの6つの炭素原子の運動エネルギーの時間変化を調べたところ、100fs程度の時間幅で約7eV程度の増減を繰り返している。この増減が現れる時間間隔は500fs以下で、増加した運動エネルギーが極短時間でStone-Wales転位に使われることを明らかにした。
また、多電子系ダイナミクスを評価するために、多配置波動関数が従う運動方程式を導出した。H_2やN_2分子に適用し、その近赤外パルスによるイオン化において、励起状態が大きな役割を演じていることを明らかにした。さらに、多配置波動関数に対して、瞬間的な自然軌道φ_j(t)の軌道エネルギーε_j(t)と「レーザー電場から直接得られるエネルギーS_j(t)を定義した。それらを用いて,レーザー場と相互作用するH_2の電子波動関数を「電子相関エネルギー」と「レーザー電場からのエネルギー供給」の観点から解析した。外部レーザーに対する応答として、断熱的および非断熱的な応答が存在することを数値計算を通して確認し、後者の中でも電子間エネルギー交換によってε_j(t)>S_j(t)を満たす「アクセプタ軌道」に分類される軌道が強レーザー場中での分子のイオン化において重要であることを示した。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Shape anisotropy induces rotations in optically trapped red blood cells2010

    • 著者名/発表者名
      K.Bambardekar
    • 雑誌名

      the Journal of Biomedical Optics 15(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonadiabatic response model of laser-induced ultrafast π-electron rotations in chiralaromatic molecules2010

    • 著者名/発表者名
      M.Kanno
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 104

      ページ: 108302-108304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast radiationless transition pathways through conical intersections inphoto-excited 9H-adenine2010

    • 著者名/発表者名
      W.M.I.Hassan
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics 12(掲載決定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] How do molecules behave in intense laser fields? Theoretical aspects2010

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 雑誌名

      Lectures on Ultrafast Intense Laser Science 1(掲載決定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective heating mechanism of magnetic metal oxides by a microwave magnetic field2009

    • 著者名/発表者名
      M.Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review B 79

      ページ: 104420(5)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Dynamics of Light-driven Chiral Molecular Motors2009

    • 著者名/発表者名
      M.Yamaki, et al.
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics(Perspective) 11

      ページ: 1662-1678

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ionization of H_2^+ and H_2 in Intense Laser Fields : Excited State Dynamics2009

    • 著者名/発表者名
      T.Kato
    • 雑誌名

      Laser Physics 19

      ページ: 1712-1722

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-orbit coupling effects in dihydrides of third-row transition elements.II.Interplay of nonadiabatic coupling in the dissociation path of rhenium dihydride2009

    • 著者名/発表者名
      S.Koseki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 131

      ページ: 044122-044129

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-dependent multiconfiguration theory for ultrafast electronic dynamics of molecules in an intense laser field : Electron correlation and energy redistribution among natural orbitals2009

    • 著者名/発表者名
      T.Kato
    • 雑誌名

      Chemical Physics 366

      ページ: 46-53

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wavepacket dynamics of molecules in intense laser fields2009

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 雑誌名

      Progress in Ultrafast Intense Laser Science, Springer Series in Chemical Physics 4

      ページ: 41-66

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 強いレーザー光と物質との相互作用の理論的展開-分子ダイナミクスから細胞の光応答制御まで-2009

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 雑誌名

      強光子場科学の最前線2 2

      ページ: 19-34

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 強光子場反応制御理論2009

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 雑誌名

      光科学研究の最前線2 2

      ページ: 121-121

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 全遷移状態の自動探索アルゴリズム -化学反応の羅針盤2009

    • 著者名/発表者名
      保木邦仁
    • 雑誌名

      化学 64

      ページ: 70-71

  • [学会発表] Nonadiabatic response of molecules to time-dependent fields2010

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 学会等名
      The 69th Okazaki Conference on New Frontier in Quantum Chemical Dynamics
    • 発表場所
      IMS, Okazaki
    • 年月日
      2010-02-22
  • [学会発表] From molecular dynamics to multielectron dynamics in intense laser fields2010

    • 著者名/発表者名
      H. Kono
    • 学会等名
      International Symposium on Molecular Theory for Real Systems
    • 発表場所
      Fukui Institute, Kyoto
    • 年月日
      2010-01-09
  • [学会発表] 強い光で化学結合を操る-実験と理論のフロンティア-2009

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 学会等名
      平成21年度日本化学会東北支部宮城地区講演会
    • 発表場所
      秋保ホテルクレセント, 仙台
    • 年月日
      2009-11-30
  • [学会発表] Nonadiabatic multielectron dynamics in intense-field ionization of C602009

    • 著者名/発表者名
      H. Kono
    • 学会等名
      Mini-symposium on ultrafast electron dynamics
    • 発表場所
      Tohoku University, Sendai
    • 年月日
      2009-10-15
  • [学会発表] Ionization and ultrafast molecular dynamics in intense laser fields2009

    • 著者名/発表者名
      H. Kono
    • 学会等名
      International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science 8
    • 発表場所
      Crete, Greece
    • 年月日
      2009-10-04
  • [学会発表] First-principles simulation of the control of vibrational and fragmentation dynamics of C60 by intense near-infrared pulses2009

    • 著者名/発表者名
      H. Kono, N. Niitsu, K. Nakai
    • 学会等名
      The 8th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2009-09-02
  • [学会発表] Theoretical investigation of nonadiabatic multielectron dynamics in intense- field ionization of H_2 and C_<60>2009

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 学会等名
      18th International Laser Physics Workshop
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2009-07-14
  • [備考]

    • URL

      http://www.mcl.chem.tohoku.ac.jp/

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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