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2022 年度 実績報告書

高感度非線形ラマン分光法による物理吸着水素分子の極低温量子ダイナミクスの直接観察

研究課題

研究課題/領域番号 21K18896
研究機関分子科学研究所

研究代表者

杉本 敏樹  分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 准教授 (00630782)

研究分担者 國貞 雄治  北海道大学, 工学研究院, 助教 (00591075)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2023-03-31
キーワード量子ダイナミクス / 固体表面 / 非線形分光法 / 水素分子 / 物理吸着
研究実績の概要

固体表面のin-situ観測に従来から広く用いられてきた赤外分光法では等核二原子分子である水素分子を多くの場合検出できず,また,NMRや中性子線散乱・自発ラマン分光では表面1分子層(数密度nmol/cm2程度)以下の微量の吸着水素分子の計測が困難である。一方,高分解能電子線エネルギー損失分光法やSTMによる非弾性トンネル分光法ではプローブの電子が衝突する際に電子スピンが水素分子の核スピン転換を誘起してしまうという問題点があり適用が限定的であった。
本研究では,物理吸着水素分子の量子ダイナミクスの解明可能性を探索するべく、こうした既存の計測手法の限界を突破した非線形分光研究に挑戦している。具体的には、当グループの分光システムをベースとして、表面1分子層に感度がある非線形ラマン分光測定を行うための光学系の立ち上げを行った。白色光やOPAを用いたマルチプレックス方式、超短パルスレーザーを用いたインパルシブ励起方式、及び両者方式をハイブリットさせた新方式による非線形ラマン分光を検討した。気相におけるN2, O2分子やH2, D2ガス分子に対する振動回転線の高感度測定に成功すると共に、試料の極低温冷却及び吸着分子数の精密制御が可能な非線形分光チャンバーを新たに設計開発した。特殊な電子共鳴効果やプラズモン電場増強効果を使用すること無しに表面1分子層の吸着系に対する非線形ラマンスペクトルを測定することに成功した。これにより、固体表面吸着分子の量子ダイナミクスの差異を非破壊かつ高感度に非線形ラマン分光で直接観測する新たな方向性を開拓することができた。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 固体表面水分子凝集系の構造物性に迫る非線形振動分光2023

    • 著者名/発表者名
      杉本 敏樹
    • 学会等名
      量子科学技術研究開発機構セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 非線形ラマン分光法を用いた非晶質シリカにおける中距離構造秩序の研究2023

    • 著者名/発表者名
      吉澤龍、市井智章、櫻井敦教、杉本敏樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] 単結晶表面上の分子吸着種の非線形ラマン分光観測2023

    • 著者名/発表者名
      鶴岡和幸, 野口直樹, 櫻井敦教, 杉本敏樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] 実触媒科学と表面科学を融合させるオペランド分光研究の挑戦2022

    • 著者名/発表者名
      杉本 敏樹
    • 学会等名
      触媒学会若手会「第33回フレッシュマンゼミナール (The 33rd Freshman Seminar)
    • 招待講演
  • [学会発表] Elucidation of H-up/H-down Orientation of Water Molecules in Interfacial Hydrogen-Bond Network: Non-Linear Molecular Spectroscopy of Water Adsorbed on Metal Surfaces2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Sugimoto
    • 学会等名
      18th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids (DSL-2022)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金属表面単分子膜の高感度非線形ラマン分光観測2022

    • 著者名/発表者名
      市井智章, 櫻井敦教,杉本敏樹
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
  • [学会発表] 線形・非線形分光で迫るアモルファス氷の相転移ダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      野口直樹、櫻井敦教、杉本敏樹
    • 学会等名
      第5回日本表面真空学会若手部会研究会
  • [学会発表] 和周波発生振動分光法で拓く物質表面界面における水分子の特異構造・機能物性化学2022

    • 著者名/発表者名
      杉本 敏樹
    • 学会等名
      分子研・三井化学分析センター技術交流会
    • 招待講演
  • [学会発表] 線形・非線形振動分光によるアモルファス氷の相転移機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      野口直樹、櫻井敦教、杉本敏樹
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2022
  • [学会発表] コヒーレントラマン分光による金属表面上サブナノメートル分子膜の観測2022

    • 著者名/発表者名
      市井智章, 櫻井敦教,杉本敏樹
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2022
  • [備考] 分子科学研究所・物質分子科学研究領域 杉本グループHP 研究成果

    • URL

      https://sugimoto.ims.ac.jp/publications/

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公開日: 2023-12-25  

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