電子動力学法の開発とその時間分解分子イメージングへの応用

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21350005
• 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: 電子波束 / 時間依存自然軌道 / 光イオン化 / 反応制御 / 分子イメージング / 化学ポテンシャル / 電子相関 / Stone-Wales転位

研究概要

電磁場と電子との1体の相互作用から多電子の全系にどのようにエネルギーが流れていくかを定量化する手法を開発し、電子相関を考慮した分子イメージング理論の基礎固めを行った。具体的には、多配置波動関数が従う運動方程式を導出し、電子ダイナミクスに寄与する分子軌道(自然軌道)を定量化する「瞬間的な自然軌道φ_j(t)の電子相関エネルギーを含んだ時間依存化学ポテンシャル」と「レーザー電場から直接φ_j(t)が得るエネルギーS_j(t)」を定義した。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分子のイオン化において重要であることを示した。H_2やN_2分子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。
また、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的分子動力学計算により求め、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、そのエネルギーが数ps程度で他のモードに流入することを示した。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程度の時間幅をもって約500fsの周期で増減を繰り返し、増加したエネルギーが転位の遷移状態方向への運動を誘起できた場合にだけ、転位が起こることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] 量子化学計算パッケージMOLPROの電子励起状態計算への応用と並列化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山崎馨, 河野裕彦
  • 雑誌名: SENAC 巻: 44 ページ: 33-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab Initio Electron Correlated Studies on the Intracluster Reaction of NO+(H_2O)_n-->H_3O+(H_2O)_<n-2>(HONO)(n=4 and 5) (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshio Asada, Shiro Koseki, Masataka Nagaoka
  • 雑誌名: Phys.Chem.Chem.Phys. 巻: 13 ページ: 1590-1596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast radiationless transition pathways through conical intersectionsin photo-excited 9H-adenine (2010)
  • 著者名/発表者名: W.M.I.Hassan, W.C.Chung, N.Shimakura, S.Koseki, H.Kono, Y.Fujimura
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 12 ページ: 5317-5328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shape anisotropy induces rotations in optically trapped red blood cells (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Bambardekar, J.A.Dharmadhikari, A.K.Dharmadhikari, T.Yamada, T.Kato, H.Kono, Y.Fujimura, S.Sharma, D.Mathur
  • 雑誌名: the Journal of Biomcdical Optics 巻: 15 ページ: 041504-1-041504-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-adiabatic Response Model of Laser-induced Ultrafast π-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Kanno, H.Kono, Y.Fujimura, S.H.Lin
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 104 ページ: 108302-108304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tetra-Hydrides of the Third-Row Transition Elements : Spin-Orbit Coupling Effects to the Stability of Rhenium Tetra-hydride (2010)
  • 著者名/発表者名: Shiro Koseki, Taka-aki Hisashima, Toshio Asada, Azumao Toyota, Nikita Matsunaga
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 巻: 133 ページ: 174112-1-174112-9
  • 査読あり
• [学会発表] First-principles simulation of laser control of nanocarbons (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Kono
  • 学会等名: JSPS Asian CORE Workshop on Next Generation Ultra-Short Pulse Lasers for High Field and Ultrashort Science
  • 発表場所: 理化学研究所
  • 年月日: 2011-03-04
• [学会発表] Nonadiabatic response of time-dependent natural orbitals (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kono and T. Kato
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Control of vibration and fragmentation of C_<60> by intense near-infrared pulses : First-principles molecular dynamics simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Kono, N.Niitsu, M.Kikuchi, K.Nakai, M.Toda
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-15
• [学会発表] Control of Molecules in Near-Infrared Intense Laser Fields : Rearrangement and Fragmentation Dynamics of C_<60> (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Kono
  • 学会等名: International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science
  • 発表場所: Maui, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] 電子動力学と分子の光制御-非摂動論領域の新展開- (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 学会等名: CMSI研究会:「新量子相・新物質の基礎科学」
  • 発表場所: 自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2010-11-12
• [図書] "Control of π-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules Using Intense Laser Pulses" in Springer series "Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII" (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kanno, H.Kono, Y.Fujimura
  • 総ページ数: 53-78
  • 出版者: Ed.by K.Yamanouchi et al., Springer Verlag
• [図書] "How do molecules behave in intense laser fields? Theoretical aspects" in "Lectures on Ultrafast Intense Laser Science I" (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Kono
  • 総ページ数: 111-134
  • 出版者: Springer, Berlin Heidelberg
• [図書] "C_<60>の高強度レーザー励起ダイナミクス",レーザーと化学(日本化学会編集,化学の要点シリーズ37)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 出版者: 共立出版(掲載決定)