| 研究課題/領域番号 |
20K05438
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
若林 知成 近畿大学, 理工学部, 教授 (30273428)
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| 研究分担者 |
畑中 美穂 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (80616011)
兒玉 健 神奈川工科大学, 公私立大学の部局等, 教授 (20285092)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 振動スペクトル / 発光スペクトル / 自然放出 / ボルツマン分布 / Ih対称性 / 温度依存性 |
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| 研究実績の概要 |
フラーレンC60分子の宇宙存在度の算定を念頭に、C60分子の赤外発光スペクトルの実験室データを蓄積し、定量的な解析を行うことを目的として研究を実施した。前年度から引き続き、KBr基板に蒸着したC60薄膜の赤外発光スペクトルを室温から90℃までの範囲の各温度で測定し、C60分子の4本の赤外活性モードについて、発光バンド強度の温度依存性を明らかにした。他方、赤外発光バンド強度の理論値とその温度依存性を得るため、分子軌道計算による調和振動解析にボルツマン分布を組み合わせた二準位系の自然放出モデルを構築し、赤外発光バンド強度の温度依存性のシミュレーションを行った。
実験で得られた4本の赤外活性モードの発光強度はいずれも高温で増加したが、黒体放射と同様に高振動数モードほど強度の増加が顕著であった。スペクトル強度のシミュレーションには、C60分子の全46モードの基音、倍音、結合音の励起状態を７振動量子励起準位まで、1兆個を超える振動励起状態を網羅的に数え上げて各温度でのボルツマン分布を求めた。その結果、300 K付近では赤外発光遷移のほぼすべてが倍音や結合音からの寄与であることを具体的に示すことができた。そのうえで、4本の赤外発光バンドの相対強度の温度依存性のシミュレーション結果は実験を非常によく再現した。このことは、C60薄膜の赤外発光スペクトルがC60分子の調和振動子近似でよく説明できることを明確に示しす結果であった。この実験と理論の結果は、米国物理学会発行のPhys. Rev. Bに掲載された。この研究成果を基礎に、フラーレンのみならず他の星間物質関連分子についても赤外発光スペクトルに関する実験的、理論的研究がさらに進展するものと期待される。
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