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

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21350005
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 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)
• 連携研究者: 小関 史朗 大阪府立大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80252328) ; 加藤 毅 東京大学, 大学院・理学系研究科, 准教授 (10321986)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 電子波束 / 多配置時間依存ハートリー-フォック法 / 強レーザー場イオン化 / 時間依存化学ポテンシャル / C_<60> フラーレン

研究概要

多電子系のダイナミクス及びイオン化確率を評価できる多配置時間依存Hartree-Fock法を開発し、まず、強い近赤外レーザーパルスと相互作用する水素分子に適用した。本手法により、放出電子の運動エネルギーが正しく見積もられ、非断熱励起状態ダイナミクスがイオン化ダイナミクスを支配していることを明らかにした。また、10 fsより短いパルスによるC_<60> のイオン化においては、多くの電子が非断熱的に励起され、パルス照射後20 fs以内にさらに電子が放出されることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Time-dependent Multiconfiguration Theory and its Application to Ultrafast Electronic Dynamics of Molecules in an Intense Laser Field, Prog (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, T. Oyamada, H. Kono, and S. Koseki
  • 雑誌名: Theor. Phys. Suppl 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Coherent Dynamics of Nonadiabatically Coupled Quasi-degenerate Excited States in Molecules : Population and Vibrational Coherence Transfer (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Mineo, M. Kanno, H. Kono, S. D. Chao, S. H. Lin and Y. Fujimura
  • 雑誌名: Chem. Phys 巻: 392 ページ: 136-142
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Verification of Nonthermal Microwave Effects on Intramolecular Reactions (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kanno, K. Nakamura, E. Kanai, K. Hoki, H. Kono, and M. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem 巻: 116 ページ: 2177-2183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanosecond Simulations of the Dynamics of C60 Excited by Intense Near-IR Laser Pulses : Impulsive Raman excitation, Rearrangement, and Fragmentation (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Niitsu, M. Kikuchi, H. Ikeda, K. Yamazaki, M. Kanno, H. Kono, K. Mitsuke, M. Toda, K. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 136 ページ: 164304-1-164304-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attosecond control of dissociative ionization of O2 molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Siu, F. Kelkensberg, G. Gademann, A. Rouzee, P. Johnsson, D. Dowek, M. Lucchini, F. Calegari, U. De Giovannini, A. Rubio, R. R. Lucchese, H. Kono, F. Lepine, and M. J. J. Vrakking
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: 84 ページ: 063412-1-063412-4
  • 査読あり
• [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: 東北大学サイバーサイエンスセンター大規模計算システム広報SENAC 巻: 44巻 ページ: 33-39
• [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=4and5) (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshio Asada, Shiro Koseki, and Masataka Nagaoka
  • 雑誌名: Phys. Chem 巻: 13 ページ: 1590-1596
  • 査読あり
• [雑誌論文] QM/MM Investigation of the Degradation Mechanism of the Electron-Transporting Layer (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshio Asada, Kenichi Ohta, Takeshi Matsushita, and Shiro Koseki
  • 雑誌名: Theoret. Chem. Acc 巻: 130 ページ: 439-448
  • 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 and Y. Fujimura
  • 雑誌名: Phys. Chem 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, and D. Mathur
  • 雑誌名: Journal of Biomedical 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, and 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: S. Koseki, T. Hisashima, T. Asada, and A. Toyota, N. Matsunaga
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 15 ページ: 174112-1-174112-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective heating mechanism of magnetic metal oxides by a microwave magnetic field (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 79 ページ: 104420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Dynamics of Light-driven Chiral Molecular Motors (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaki, et al.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics (Perspective) 巻: 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 Dynamics (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kato
  • 雑誌名: Laser Physics 巻: 19 ページ: 1712-1722
  • 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 orbitals (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kato
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 366 ページ: 46-53
  • 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: 河野裕彦
  • 雑誌名: 化学 巻: 64巻 ページ: 70-71
• [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 dihydride
  • 著者名/発表者名: S. Koseki
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 131 ページ: 044122-0441292009
  • 査読あり
• [学会発表] 分子の電磁場励起と化学反応-高強度レーザーからマイクロ波まで (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 学会等名: 第14回物質科学研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究所(土岐市)
  • 年月日: 2012-01-06
• [学会発表] 化学反応を操る-極限に迫る実験化学と理論化学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 学会等名: 2011国際化学年記念化学系講演会-化学のさらなる発展を目指して
  • 発表場所: 岩手大学(盛岡市)
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Ionization of atoms and molecules II (Experiment) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 学会等名: International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science 10
  • 発表場所: Eisenach, Germany
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] 軌道化学ポテンシャルと多電子ダイナミクス (2011)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 学会等名: シンポジウム「第一原理計算科学の最前線」
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] Energetics of the time-dependent natural orbitals of molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kono, T. Kato, T. Oyamada and S. Koseki
  • 学会等名: A long-term international workshop on"Dynamics and Correlations in Exotic Nuclei"(DCEN2011)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] Time-dependent multiconfiguration wave function theory for molecular systems composed of two kinds of Fermi particles : Application to diatomic-like molecule (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, and K. Yamanouchi
  • 学会等名: The XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics (QSCP-XVI)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Control of Vibrational Dynamics and Reaction of C_<60> and Its Derivatives by Near-infrared Fields (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Kono, Naoyuki Niitsu, Kaoru Yamazaki, Katsunori Nakai, Mikito Toda, and Stephan Irle
  • 学会等名: The XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics (QSCP-XVI)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-13
• [学会発表] Time-dependent chemical potential and multielectron dynamics (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kono, T. Kato, and T. Oyamada
  • 学会等名: 12th International Conference on Multiphoton Processes
  • 発表場所: Hokkaido University, Sapporo
  • 年月日: 2011-07-05
• [学会発表] Response of Molecules to External Fields : Analysis of Time-Dependent Natural Orbitals (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kono, T. Kato, T. Oyamada, and S. Koseki
  • 学会等名: The 4th Japan-Czech-Slovak (JCS)Symposium for Theoretical and Computational Chemistry
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2011-05-20
• [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: RIKEN, Japan
  • 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: Honolulu
  • 発表場所: 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 9
  • 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
• [学会発表] Nonadiabatic response of molecules to time-dependent fields (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 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 fields (2010)
  • 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, 秋保ホテルクレセント
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-11-30
• [学会発表] Nonadiabatic multielectron dynamics in intense-field ionization of C_<60> (2009)
  • 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 fields (2009)
  • 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, October
  • 年月日: 2009-10-04
• [学会発表] First-principles simulation of the control of vibrational and fragmentation dynamics of C_<60> by intense near-infrared pulses (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 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: H. Kono
  • 学会等名: 18th International Laser Physics Workshop
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2009-07-14
• [図書] Natural orbital analysis of ultrafast multielectron dynamics of molecules inMultiphoton Processes and Attosecond Physics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kono, T. Oyamada, T. Kato and S. Koseki
  • 出版者: Springer (in press)
• [図書] C_<60> の高強度レーザー励起ダイナミクス」レーザーと化学化学の要点シリーズ4 (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 総ページ数: 96-97
• [図書] 「化学反応に及ぼすマイクロ波効果の理論的考察」マイクロ波励起・高温非平行反応場の科学-マイクロ波エネルギーの基礎と新しい応用- (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦、菅野学
  • 総ページ数: 75-79
• [図書] Laser-induced electronic and nuclear coherent motions in chiral aromatic molecules in"Progress in Theoretical Chemistry and Physics (the Proceedings of QSCP-XVI) (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kanno, H. Kono, and Y. Fujimura
  • 出版者: Springer(in press)
• [図書] Simulation of nuclear dynamics of C60 : From vibrational excitation by near-IR femtosecond laser pulses to subsequent nanosecond rearrangement and fragmentation in Progress in Theoretical Chemistry and Physics (the Proceedings of QSCP-XVI) (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Niitsu, M. Kikuchi, H. Ikeda, K. Yamazaki, M. Kanno, H. Kono, K. Mitsuke, M. Toda, K. Nakai, and S. Irle
  • 出版者: Springer(in press)
• [図書] Control of Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules Using Intense Laser Pulses in Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kanno, H. Kono and Y. Fujimura
  • 総ページ数: 53-78
  • 出版者: Springer
• [図書] Theoretical studies of microwave heating of dielectric liquid and magnetic crystal by classical and quanatum mechanical molecular dynamics simulations in Microwave and RF Power Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka, H. Kono, K. Maruyama, and Y. Zempo
  • 総ページ数: 1185-188
  • 出版者: Cepadues Pub.
• [図書] How do molecules behave in intense laser fields? Theoretical aspects inLectures 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
• [図書] Wavepacket dynamics of molecules in intense laser fieldsinProgress in Ultrafast Intense Laser Science IV (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 総ページ数: 41-66
  • 出版者: Springer
• [図書] 「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-」強光子場科学の最前線2 (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 総ページ数: 19-34
• [図書] 「強光子場反応制御理論」光科学研究の最前線2 (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 総ページ数: 121
• [備考]
  • URL: http://www.mcl.chem.tohoku.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.mcl.chem.tohoku.ac.jp/index-j.html