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2023 年度 実績報告書

モード選択的振動励起による物質操作法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20K20556
研究機関東京大学

研究代表者

芦原 聡  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10302621)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2024-03-31
キーワード中赤外波長域 / 超短パルスレーザー / 分子振動 / 化学反応 / 物質操作
研究実績の概要

中赤外超短パルスレーザーを用いると,特定の分子振動モードを選択して強い振動励起を実現できる。これは、特定の化学結合にエネルギーを供給できることを意味する。本研究では、この「モード選択的な励起」を通して化学反応制御や有機材料加工を達成する手法およびその基礎をなす学術を開拓することを目的とした。
1) 中赤外波形整形パルスによる多段階振動励起の理論解析を実施した。分子の量子状態に関する密度行列の時間発展を数値的に計算するコードを開発し、赤外パルスの電場波形およびフルエンスに応じた振動励起ダイナミクスの予測を可能とした。
2) 二酸化炭素分子を対象とし、中赤外パルスによる多段階振動励起における励起・緩和ダイナミクスの計測を可能とした。具体的には、液相の二酸化炭素分子の逆対称伸縮振動モードを対象に、ダウンチャープを施した中赤外フェムト秒パルスを照射することにより、量子数9に至る多段階振動励起を実現した。また、各振動準位における緩和時定数を得た。
3) 気相の二酸化炭素を対象とし、振動・回転の多段階励起に取り組み、振動量子数11に至る振動回転励起と励起・緩和ダイナミクスの計測に成功した。その際、特徴的な二次元振動スペクトルが得られたが、それが高次摂動理論に基づく解析式により非常によく説明できることを見いだした。この理論解析の結果、高振動励起状態において複数の回転準位の重ね合わせ(波束)が生成されていることを明らかにするとともに、振動準位に応じた回転定数の計測を実現した。
以上に述べた二酸化炭素の高振動状態の生成は世界初の成果であり、二酸化炭素分子が高振動準位でもつ振動・回転運動を詳らかにしたという意義をもつ。また、波形整形赤外パルスが高度な振動励起を可能とすることを理論・実験両面から実証し、化学反応・物質操作への応用可能性を着実に進展させたと信じる。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 11件、 招待講演 5件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Generation of High-Lying Vibrational States in Carbon Dioxide through Coherent Ladder Climbing2024

    • 著者名/発表者名
      Morichika Ikki、Tsusaka Hiroki、Ashihara Satoshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 15 ページ: 4662~4668

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.4c00646

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A simple and inexpensive laser dissection of fasciculated axons from motor nerve organoids2024

    • 著者名/発表者名
      Ikegami Yasuhiro、Duenki Tomoya、Arakaki Ikuma、Sakai Ryo、Osaki Tatsuya、Ashihara Satoshi、Furushima Tsuyoshi、Ikeuchi Yoshiho
    • 雑誌名

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      巻: 12 ページ: 1259138

    • DOI

      10.3389/fbioe.2024.1259138

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotationally displaced electric field intensity distribution around square nanoantennas induced by circularly polarized light2024

    • 著者名/発表者名
      Ichiji Naoki、Ishida Takuya、Morichika Ikki、Tatsuma Tetsu、Ashihara Satoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 ページ: 35428

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.035428

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Broadband dispersion spectroscopy using interferometric phase modulation under background light suppression2023

    • 著者名/発表者名
      Song Wenqing、Fujiwara Kokoro、Zhang Zheyuan、Morichika Ikki、Ashihara Satoshi
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 48 ページ: 4257~4257

    • DOI

      10.1364/OL.496288

    • 査読あり
  • [雑誌論文] All-Solid-State Optical-Field-Sensitive Detector for Sub-Nanojoule Pulses Using Metal?Insulator Hybrid Nanostructure2023

    • 著者名/発表者名
      Arai Ko、Okazaki Daiki、Morichika Ikki、Ashihara Satoshi
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 10 ページ: 1702~1707

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.2c01855

    • 査読あり
  • [学会発表] Manipulation of Vibrational States of CO2 with Mid-Infrared Pulses2024

    • 著者名/発表者名
      I. Morichika, H. Tsusaka, and S. Ashihara
    • 学会等名
      OPTICS & PHOTONICS International Congress (OPIC) 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] 赤外パルスの時間・周波数構造化による振動分光の新展開2024

    • 著者名/発表者名
      芦原聡
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 誘電体Phase plate構造による赤外SPP場の励起手法の検討2024

    • 著者名/発表者名
      伊知地 直樹,芦原 聡
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Saturable absorption properties of boron nitride encapsulated single walled carbon nanotubes at 2.3 μm2024

    • 著者名/発表者名
      Rhona Louise Hamilton, Zheyuan Zhang, Shigeo Maruyama, Satoshi Ashihara, Sze Yun Set, and Shinji Yamashita
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 円偏光励起によるAuナノキューブ周辺のキラルな電場分布形成機構2024

    • 著者名/発表者名
      石田 拓也,伊知地 直樹,森近 一貴,芦原 聡,立間 徹
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 円偏光励起による正方形ナノプレート近傍電場分布の回転変位2024

    • 著者名/発表者名
      伊知地 直樹,石田 拓也,森近 一貴,立間 徹,芦原 聡
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 赤外円二色性を用いた分子回転方向の同定手法の提案2024

    • 著者名/発表者名
      津坂 裕己,森近 一貴,芦原 聡
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Vibrational excitation of carbon dioxide on gold nanoslits by plasmonically enhanced mid-infrared pulses2024

    • 著者名/発表者名
      Qiuming Wan, Ikki Morichika, Naoki Ichiji, and Satoshi Ashihara
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] パルス内差周波発生を用いた広帯域中赤外光源とマイクロプラスチック識別への応用2024

    • 著者名/発表者名
      洲鎌 英行,佐藤 葵,芦原 聡
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Cr:ZnS結晶を用いたフェムト秒パルスの高繰り返し増幅システムの開発2024

    • 著者名/発表者名
      村田 拡輝,洲鎌 英行,卜 祥宝,芦原 聡
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Mid-infrared broadband femtosecond degenerate OPO based on ZnGeP22023

    • 著者名/発表者名
      X. Bu, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Control of multi-step vibrational excitation using ultrafast infrared plasmonics2023

    • 著者名/発表者名
      S. Ashihara
    • 学会等名
      The 14th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics (APNFO 14)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of Frequency-Modulation Mode-Locking with Large Intra-Cavity Chromatic Dispersion2023

    • 著者名/発表者名
      Z. Zhang, X. Bu, W. Song, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Broadband dispersion spectroscopy using interferometric phase modulation2023

    • 著者名/発表者名
      W. Song, K. Fujiwara, Z. Zhang, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of Rovibrational Dynamics of Gas-Phase Molecules with High-Energy Mid-Infrared Pulses2023

    • 著者名/発表者名
      H. Tsusaka, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Background-free Correlation Spectroscopy using Infrared Mode-locked Laser2023

    • 著者名/発表者名
      K. Fujiwara, W. Song, I. Morichika1, and S. Ashihara
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Mid-Infrared Excitation of Rotational Wave Packets at High-Lying Vibrational States2023

    • 著者名/発表者名
      H. Tsusaka, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      2023 Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe (CLEO/Europe-EQEC 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibrational Ladder Climbing of Liquid-Phase Carbon Dioxide2023

    • 著者名/発表者名
      I. Morichika, H. Tsusaka, Q.Wan, and S. Ashihara
    • 学会等名
      2023 Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe (CLEO/Europe-EQEC 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Mode-locked Pulses with Narrowband Comb-like Peaks Formed by Intracavity Amplitude Modulation from Gaseous Molecules2023

    • 著者名/発表者名
      D. Okazaki, W. Song, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      2023 Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe (CLEO/Europe-EQEC 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Narrow-Linewidth Cr:ZnS Laser Mode-Locked by Frequency-Modulation2023

    • 著者名/発表者名
      Z. Zhang, X. Bu, D. Okazaki, W. Song, I. Morichika, and S. Ashihara
    • 学会等名
      OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Femtosecond Cr:ZnS laser and its application to broadband mid-infrared OPO2023

    • 著者名/発表者名
      Xiangbao Bu, 芦原聡
    • 学会等名
      多元技術融合光プロセス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 赤外フェムト秒光源を活用した振動分光の新たな展開2023

    • 著者名/発表者名
      芦原 聡
    • 学会等名
      日本表面真空学会2023年度関東支部講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] SPPに付随するスピン角運動量を利用したナノアンテナ構造の局所励起2023

    • 著者名/発表者名
      伊知地 直樹,石田 拓也,森近 一貴,立間 徹,芦原 聡
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会OPJ2023
  • [学会発表] 中赤外超短パルスの高繰り返し増幅システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      村田 拡輝,洲鎌 英行,卜 祥宝,芦原 聡
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会OPJ2023
  • [学会発表] Chiral electric field distribution on square nano-antennas induced by circularly polarized light2023

    • 著者名/発表者名
      伊知地 直樹,石田 拓也,森近 一貴,立間 徹,芦原 聡
    • 学会等名
      第8回フォトニクスワークショップ
  • [学会発表] 赤外チャープパルスによる液相CO2分子のコヒーレント振動ラダークライミング2023

    • 著者名/発表者名
      森近 一貴,津坂 裕己,万 秋明,芦原 聡
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Resonant surface-enhanced infrared absorption spectroscopy utilizing gold nanoslit array stuructures2023

    • 著者名/発表者名
      Qiuming Wan, Ikki Morichika, Naoki Ichiji, and Satoshi Ashihara
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] フェムト秒Cr:ZnS レーザーを用いた中赤外パルス内差周波発生2023

    • 著者名/発表者名
      洲鎌 英行,藤原 心,芦原 聡
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Self-stable, mid-infrared broadband femtosecond OPO using ZnGeP2 crystal2023

    • 著者名/発表者名
      Xiangbao Bu, Ikki Morcihika, and Satoshi Ashihara
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 赤外フェムト秒パルスによるCO2分子の多段階振動励起および回転波束の生成2023

    • 著者名/発表者名
      津坂 裕己,森近 一貴,芦原 聡
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会2023
  • [学会発表] 赤外ポンプ・プローブ分光法による液相CO2分子の多段階振動励起・緩和ダイナミクスの観測2023

    • 著者名/発表者名
      森近一貴,津坂裕己,万秋明,芦原聡
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会2023
  • [備考] 芦原聡研究室ホームページ

    • URL

      https://www.ashihara.iis.u-tokyo.ac.jp/wordpress/

  • [備考] 芦原聡 researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/satoshiashihara

  • [備考] Satoshi Ashihara, ORCID

    • URL

      https://orcid.org/0000-0001-6697-2513

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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