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2019 年度 実施状況報告書

振動回転波束イメージングに基づく広帯域・高分解能分子分光法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K22164
研究機関東京工業大学

研究代表者

水瀬 賢太  東京工業大学, 理学院, 助教 (70613157)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
キーワード分子分光学 / クラスター化学 / 反応動力学 / フェムト秒化学 / 画像観測
研究実績の概要

本研究では、分子の超高速振動・回転波束運動をスナップショット的に画像化する申請者独自の技術を用いた新しい分子分光法を開発・展開し、これまで未知だった物性の測定を通じて分子科学・物質科学の発展に寄与することを目的としている。提案手法は分子運動における動的挙動を画像の時間変化として観測し、そのフーリエ変換から周波数領域の分光情報を抽出するものである。本手法により、従来の周波数領域高分解能分光では研究が困難とされてきた永久双極子をもたない分子種の分光実験が可能になると期待される。今年度までの研究では、永久双極子を持たない、もしくは分子系内部で打ち消しあってしまう系の検出が可能な画像観測装置の設計・開発・改良を行った。原理検証が済んでいた窒素多量体に加え、脂肪族炭化水素系のような、有機分子間相互作用の研究に効果的な分子系の分子数選別画像観測に成功している。この装置を、広帯域励起光源・時間分解ポンププローブ光学系を組み合わせることで波束イメージング分光が可能となる。光源としては、励起光の帯域がスペクトル帯域に直結する。分子間振動や大振幅振動を含む10THzをカバーできるものを立ち上げている。周波数分解能はポンププローブの遅延時間の逆数に対応する。既存の手法では数ナノ秒の遅延(数100MHz分解能)のものがほとんどであったが、本年度の研究では、多重周回光学系を新規に設計し、数10MHzの周波数分解能を達成できるセットアップを構築した。多重周回で生じる光路の不安定さが生じており、安定化マウント、光路のカバー導入、分子線の追跡の導入などを進め、さらなる分解能向上を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は2年計画であり、1年目終了までに光学系の構築まで達成することができているため。順調に進んだ分、前倒し申請も行い、効率的に研究を進めている。

今後の研究の推進方策

測定系のおおよそのセットアップが完了したため、実際の画像測定・分光測定を進めつつ測定の最適化や新しいデータだからこそ得られる分子情報の精査を進めていく。測定の最適化にあたり、長光路光学系の安定運用が必要となる。ビームの安定性、温度などの環境擾乱への適用、遅延時間中の分子の併進による信号コントラストの低下への対応といった課題が生じうる。励起光ビームサイズの調整、光路の安定化を含めて対応していく。

次年度使用額が生じた理由

研究の進捗にともなって前倒し請求を行った。国際情勢等によって一部物品が次年度納入分になったため、次年度使用額が生じている。一部真空関係の消耗品に予定通り使用するため研究には問題ない。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Direct imaging of direction-controlled molecular rotational wave packet created by polarization-skewed double-pulse2020

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse, Naoya Sakamoto, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: published on web ページ: in press

    • DOI

      10.1039/D0CP01084G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Space-slice ion imaging: High slice resolution imaging in the polarization plane of arbitrarily polarized ionizing light2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
    • 雑誌名

      Rev. Sci. Instrum.

      巻: vol.90 ページ: 103107

    • DOI

      10.1063/1.5110690

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceleration and deceleration of unidirectional molecular rotation by a femtosecond laser pulse2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse, Naoya Sakamoto, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: vol.48 ページ: 1371-1374

    • DOI

      10.1063/1.5110690

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子回転波束の高精度時空間イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      水瀬賢太
    • 雑誌名

      Mol.Sci.

      巻: vol.13 ページ: A0104

    • DOI

      10.3175/molsci.13.A0104

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Stark デフレクターによる実空間でのアンモニアの量子状態分離2020

    • 著者名/発表者名
      上野一樹, 水瀬賢太, 大島康裕
    • 学会等名
      第20回 分子分光研究会
  • [学会発表] 2波長レーザーイオン化によるベンゼン-重水素クラスターの結合エネルギーの決定2020

    • 著者名/発表者名
      薄井仁, 水瀬賢太, 大島康裕
    • 学会等名
      第20回 分子分光研究会
  • [学会発表] 時間分解クーロン爆発イメージングによるメタン二量体の回転分光2020

    • 著者名/発表者名
      戸畑佑哉, 水瀬賢太, 大島康裕
    • 学会等名
      第20回 分子分光研究会
  • [学会発表] クーロン爆発を用いた分子運動波束イメージングによる位相分解波動関数キャラクタリゼーション2019

    • 著者名/発表者名
      水瀬賢太
    • 学会等名
      第29回日本MRS年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] High-precision rotational wave packet imaging study of dynamics and structures of molecular clusters2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Mizuse
    • 学会等名
      Manchester International Symposium“Highly Excited States
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高精度核波束イメージングによる気相分子および分子クラスターの構造とダイナミクスの研究2019

    • 著者名/発表者名
      水瀬賢太
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 極短パルスレーザーを用いたビフェニルおよびビフェニル誘導体における大振幅振動のコヒーレント制御2019

    • 著者名/発表者名
      二階堂 誠, 水瀬 賢太, 大島 康裕
    • 学会等名
      第13回 分子科学討論会
  • [学会発表] ベンゼン3量体における低周波数分子間振動ダイナミクスの実時間観測2019

    • 著者名/発表者名
      村井 友海, 水瀬 賢太, 大島 康裕
    • 学会等名
      第11回 分子科学討論会
  • [学会発表] Control of large amplitude vibration and rotation of biphenyl and its derivatives by ultrashort laser pulses2019

    • 著者名/発表者名
      Nikaido Makoto, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      第35回化学反応討論会
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatiotemporal observation of the hyperfine depolarization in NO (A2Sigma+)2019

    • 著者名/発表者名
      Dai Ikeda, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      第35回化学反応討論会
    • 国際学会
  • [学会発表] Creation and control of unidirectional molecular rotational wave packets using ultrashort pulses2019

    • 著者名/発表者名
      Naoya Sakamoto, Kenta Mizuse, Romu Fujimoto , Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure and intermolecular interaction of methane dimer studied by coulomb explosion imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Yuya Tobata, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Unexpected low frequency intermolecular vibration in benzene trimers revealed by time-domain approach2019

    • 著者名/発表者名
      Tomomi Mrai, Kenta Mizuse, Hirokazu Hasegawa , Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Visualization of the Hyperfine Depolarization in Electronically Excited Nitric Oxide2019

    • 著者名/発表者名
      Dai Ikeda, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Toward spatio-temporal observation of ammonia inversion motion2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Ueno, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
    • 学会等名
      WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~ohshima/index.html

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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