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2012 年度 実施状況報告書

内殻励起による選択的結合切断反応:超高速電子移動計測によるアプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 23550017
研究機関広島大学

研究代表者

和田 真一  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60304391)

キーワード内殻励起反応 / 選択的化学結合切断 / 自己組織化単分子膜(SAM) / 共鳴オージェ電子分光
研究概要

内殻電子励起特有のサイト選択的結合切断反応が表面分子系で顕著に見出される要因として、「反応部位から基板への電荷の有効な散逸により二次的反応が極度に抑制される」との申請者らの仮説を検証するため、主鎖を導電性が高い芳香環に置き換えた自己組織化単分子膜(SAM)を試料とし、芳香環を持つメチルエステル修飾チオールを5種類用意した。初年度である昨年度はこれら試料の内殻励起による各脱離イオンの収量スペクトルを高エネルギー加速器研究機構のPFシングルバンチ運転によるTOF測定から得た。申請者が考案した選択性の解析手法を用いて各SAMにおけるイオン脱離の選択性を定量的に評価・比較した。本年度は各種SAM試料の炭素および酸素内殻励起領域における吸収スペクトル測定と共鳴オージェ電子分光測定を広島大学の放射光HiSORで実施した。イオン化しきい値以下のπ*およびσ*共鳴励起状態でのオージェ遷移強度の計測から、分子構造の違いによる電子の局在/非局在性や伝導性の変化を系統的に評価することを試みた。
共鳴オージェ電子分光を利用したcore-hole clock法による超高速電子移動速度の計測は、特定の共鳴励起状態でのオージェ電子スペクトルを計測し、共鳴オージェピークと、励起電子の金基板への失活(自動イオン化)によって生じる正常オージェピークとのピーク成分比を導出し、その励起電子の失活の早さすなわち電子移動速度を評価する。本課題で用いている比較的大きな有機分子の表面吸着系ではこの共鳴オージェと正常オージェのオーバーラップが非常に大きいため、ピーク成分比の定量性を確実にするための評価方法を検討した。その結果、選択的イオン脱離反応が現れるσ*(O-CH3)共鳴励起状態周辺で電荷移動速度が速まるという大きな変化があらわれることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

内殻電子励起特有のサイト選択的結合切断反応が表面分子系で顕著に見出される最大の要因として、「反応部位から基板への電荷の有効な散逸により、二次的反応が極度に抑制される」ためであると申請者らは考えており、この仮説をより能動的に検証するため、本研究では、高い選択性が見出された脂肪鎖SAMの絶縁性鎖部位を導電性が高い芳香環に置き換え、選択的反応の更なる向上を目指すとともに、「イオン脱離反応の選択性」と「SAM構成分子の基板への速い電子移動」との関係性に着目し、下記2項目の実験遂行を目指している。
(1) PFでの単バンチ運転における、内殻励起によるサイト選択的イオン脱離反応の計測
(2) 共鳴オージェ電子分光を利用したcore-hole clock法による超高速電子移動速度の計測
これら2項目の実験を、系統的に主鎖の芳香環が異なる7種類のメチルエステル修飾チオールSAMを用意して3年間で実施することを目指している。
初年度は(1)のイオン脱離反応計測に重点を置き、5種類の試料について実験を実施することができた。本年度はそれらイオン脱離データの解析を進めるとともに、4試料について共鳴オージェ電子分光計測を実施し、有機薄膜の炭素領域におけるcore-hole clock計測解析の手法を確立させ、その4試料での電荷移動速度励起状態依存性について考察することができた。
以上のことから、実験上の達成目標の2/3程度を遂行することができたことになることから、おおむね順調に進展していると評価している。

今後の研究の推進方策

本研究の遂行に欠かすことができない脱離イオン測定には、PF単バンチ運転での飛行時間型イオン質量計測実験を必要とするが、高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所の方針により、従来の年3回のシングルバンチ運転が1回のみの実施に大幅に縮小された。そのため、初年度はPFでの脱離イオン測定を重点的に実施した。更に翌年本年度ではシングルバンチ運転の実施が行われなかったこともあり、この脱離イオン測定に用いた芳香環を有するメチルエステル修飾チオールSAMを対象試料として、共鳴オージェ分光計測に重点を置いて実験を実施した。
最終年度にあたる次年度では、芳香族チオール分子の2種類のF置換体を新規に合成し、電荷移動の起こりやすさを抑制した環境下でのイオン脱離反応計測と共鳴オージェ電子分光計測を実施する。また、これまでの実験データを補完すべき試料に関して、イオン脱離計測およびオージェ電子分光計測を実施し、総合的な分子構造および電子の局在性・伝導性に相関したイオン脱離反応の選択性を評価し、内殻励起特有のサイト選択的結合切断反応の機構解明を目指す。

次年度の研究費の使用計画

初年度と2年目とあわせて、高エネルギー加速器研究機構の放射光施設PFにおけるシングルバンチ運転での実験実施機会が1回と限られてしまった。そのため、イオン検出装置の整備・改良を次年度に遂行することとして、当該研究費を使用する。また新規合成試料の購入も行う。その他経費に関しては当初計画通りの研究遂行に必要な経費として計上したものである。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Deep inner-shell multiphoton ionization by intense x-ray free-electron laser pulses2013

    • 著者名/発表者名
      H. Fukuzawa, S.-K. Son, K. Motomura, S. Mondal, K. Nagaya, S. Wada, X.-J. Liu, R. Feifel, T. Tachibana, Y. Ito, M. Kimura, T. Sakai, K. Matsunami, H. Hayashita, J. Kajikawa, P. Johnsson, M. Siano, E. Kukk, B. Rudek, K. Ueda 他10名
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 110 ページ: 173005(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.173005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous signal from sulphur atoms in protein crystallographic data from an X-ray free-electron laser2013

    • 著者名/発表者名
      T. Barends, L. Foucar, R. Shoeman, S. Bari, S. Epp, R. Hartmann, G. Hauser, M. Huth, C. Kieser, L. Lomb, K. Motomura, K. Nagaya, C. Schmidt, R. Strecker, D. Anielski, R. Boll, B. Erk, H. Fukuzawa, S. Wada, I. Schlichting 他25名
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section D

      巻: 69 ページ: 838-842

    • DOI

      10.1107/S0907444913002448

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast charge rearrangement and nuclear dynamics upon inner-shell multiple ionization of small polyatomic molecules2013

    • 著者名/発表者名
      B. Erk, D. Rolles, L. Foucar, S. Wada, K. Ueda, M. Swiggers, M. Messerschmidt, C.D. Schröter, R. Moshammer, I. Schlichting, J. Ullrich, and A. Rudenko 他15名
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 110 ページ: 053003(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.053003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resonance-enhanced multiple ionization of krypton at an x-ray free-electron laser2013

    • 著者名/発表者名
      B. Rudek, D. Rolles, S. Wada, K. Ueda, I. Schlichting, R. Santra, J. Ullrich, and A. Rudenko 他15名
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 87 ページ: 023413(1-8)

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.87.023413

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental verification of the chemical sensitivity of two-site double core-hole states formed by an X-ray FEL2012

    • 著者名/発表者名
      P. Salen, P. van der Meulen, S. Wada, R. Richter, V. Feyer, K.C. Prince 他13名
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 108 ページ: 153003(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.153003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Size-dependent ultrafast ionization dynamics of nanoscale samples in intense femtosecond X-ray free-electron laser pulses2012

    • 著者名/発表者名
      S. Schorb, D. Rupp, M.L. Swiggers, R.N. Coffee, M. Messerschmidt, G. Williams, J.D. Bozek, S. Wada, O. Kornilov, T. Moller, and C. Bostedt
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 108 ページ: 233401(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.233401

    • 査読あり
  • [学会発表] Characterization of green fluorescent protein monolayers formed on controllable self-assembled monolayers2013

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Wada, Jumpei Kajikawa, Hironori Hayashita, Ryosuke Koga, Atsunari Hiraya
    • 学会等名
      38th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2013)
    • 発表場所
      Hefei, China
    • 年月日
      20130712-20130719
  • [学会発表] Site-selective bond breaking of methyl-ester terminated conductive monolayers by resonant core excitations2013

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Koga, Shin-ichi Wada, Mai Ogawa, Jumpei Kajikawa, Hironori Hayashita, Tetsuji Sekitani, Kenichiro Tanaka, Atsunari Hiraya
    • 学会等名
      38th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2013)
    • 発表場所
      Hefei, China
    • 年月日
      20130712-20130719
  • [学会発表] Characterization of protein monolayers formed on controllable2013

    • 著者名/発表者名
      S. Wada, J. Kajikawa, H. Hayashita, R. Koga, A. Hiraya
    • 学会等名
      第29回化学反応討論会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20130605-20130607
  • [学会発表] EUV-FEL光励起により誘起されるネオンクラスターでのresonant ICDとナノプラズマ形成2013

    • 著者名/発表者名
      永谷清信、八尾誠、松波健司、酒井司、福澤宏宣、本村幸治、立花哲也、Subhend Mondal、上田潔、和田真一、齋藤則生、Kevin Prince、 Carlo Callegue、Catalin Miron、永園充
    • 学会等名
      2013物理学会年次大会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] EUV-FEL光で励起したネオンクラスターにおける励起子モット転移・絶縁体側の前駆現象2013

    • 著者名/発表者名
      八尾誠、永谷清信、八瀬哲志、松波健司、酒井司、福澤宏宣、本村幸治、立花哲也、Subhend Mondal、上田潔、和田真一、齋藤則生、Kevin Prince、 Carlo Callegue、 Catalin Miron、永園充
    • 学会等名
      2013物理学会年次大会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] EUV-pump-NIR-probe 実験によるXe クラスターのナノプラズマのダイナミクス:II2013

    • 著者名/発表者名
      酒井司、永谷清信、八瀬哲志、松波健司、八尾誠、福澤宏宣、本村幸治、上田潔、和田真一、林下弘憲、齋藤則生、永園充
    • 学会等名
      2013物理学会年次大会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] Double Core Hole Spectroscopy of Small Molecules2012

    • 著者名/発表者名
      Kevin C. Prince, Robert Richter, V. Feyer, Nora Berrah, Shin-ichi Wada, Maria N. Piancastelli, Motomichi Tashiro, and Masahiro Ehara 他13名
    • 学会等名
      the conference "Frontiers in Optics/Laser Science XXVIII (FiO/LS)
    • 発表場所
      New York, USA
    • 年月日
      20121014-20121018
  • [学会発表] 極紫外自由電子レーザー照射により誘起される希ガスクラスターの励起子モット転移II2012

    • 著者名/発表者名
      永谷清信、八尾誠、八瀬哲志、酒井司、松波健司、溝口悠里、福澤宏宣、本村幸治、立花哲也、Subhend Mondal、上田潔、齋藤則生、和田真一、Kevin Prince、Carlo Callegari、Catalin Miron、永園充 他12名
    • 学会等名
      物理学会秋季大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] X線自由電子レーザーによる希ガスクラスターのナノプラズマ形成2012

    • 著者名/発表者名
      立花徹也,福澤宏宣,本村幸治,永谷清信,Per Johnsson,Marco Siano,和田真一,Catalin Miron,Raimund Feifel,八尾誠,上田潔 他18名
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会2012
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] X線自由電子レーザーによる希ガス原子の多光子多重イオン化2012

    • 著者名/発表者名
      福澤宏宣,Sang-Kil Son,本村幸治,永谷清信,和田真一,Per Johnsson ,Marco Siano,Edwin Kukk ,Catalin Miron,八尾誠,Robin Santra,上田潔 他22名
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会2012
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] X線自由電子レーザー施設SACLAを用いた気相原子分子クラスターの多重イオン化実験のための荷電粒子分光装置2012

    • 著者名/発表者名
      本村幸治,福澤宏宣,永谷清信,和田真一,Edwin Kukk,Benedikt Rudek,Benjamin Erk,Marco Siano,Raimund Feifel,Emmanuel Robert,Catalin Miron,八尾誠,上田潔 他19名
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会2012
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] 導電性分子鎖をもつメチルエステル修飾SAMの内殻励起による選択的イオン脱離反応2012

    • 著者名/発表者名
      古賀亮介,和田真一,小川舞,梶川準平,林下弘憲,関谷徹司,田中健一郎,平谷篤也
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会2012
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] X-ray Absorption Spectra of UV-pumped Excited Triplet State of Anthraquinone2012

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuru, S. Wada, H. Yoshida and A. Hiraya
    • 学会等名
      the twelfth International Conference on Electron Spectroscopy and Structure (ICESS-12)
    • 発表場所
      Saint-Malo, France
    • 年月日
      20120916-20120921
  • [学会発表] EUV-Pump NIR-Probe実験によるXeクラスターのナノプラズマのダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      酒井司, 永谷清信, 八瀬哲志, 松波健司, 八尾誠, 福澤宏宣, 本村幸治, 上田潔, 和田真一, 林下弘憲, 齋藤則生, 永園充, 富樫格, 登野健介, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 仙波泰徳
    • 学会等名
      物理学会秋季大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120914-20120918
  • [学会発表] EUV-FELを用いたXeクラスターの光電子運動量画像計測2012

    • 著者名/発表者名
      松波健司, 永谷清信, 八瀬哲志, 酒井司, 八尾誠, 福澤宏宣, 本村幸治, 上田潔, 和田真一, 林下弘憲, 齋藤則生, 永園充, 富樫格, 登野健介, 矢橋牧名, 石川哲也, 大橋治彦, 仙波泰徳
    • 学会等名
      物理学会秋季大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120914-20120918
  • [学会発表] Surface-Site-Selective Study of Valence Electronic States of Si(111)-7×7 Adsorbed with Water Using Si-L23VV Auger Electron Si-2p Photoelectron Coincidence Measurements2012

    • 著者名/発表者名
      S. Arae, S. Kajikawa, H. Hayashita, M. Ogawa, S. Ohno, S. Wada, T. Sekitani, Y. Sato, S. Hanaoka, T. Kakiuchi, K. Yanase, K. Mase, M. Okusawa, and M. Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Many Particle Spectroscopy of Atoms, Molecules, Clusters and Surfaces
    • 発表場所
      Berlin, Germany
    • 年月日
      20120827-20120901

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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