内殻励起ダイナミクス計測から探る導電性有機分子の高速電荷移動評価

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26390019
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 和田 真一 広島大学, 理学研究科, 助教 (60304391)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 非接触導電性計測 / 内殻励起反応 / サイト選択的結合切断 / 共鳴オージェ電子分光 / Core-hole clock法 / 自己組織化単分子膜（SAM）

研究実績の概要

本研究で着目している軟X線を用いた内殻電子励起の最大の特徴は、価電子励起とは異なる局所的な電子遷移であり、分子内の特定の原子を選択的に励起することができる点にある。したがって内殻共鳴励起によって原子レベルで局所的に電荷を発生させることができる。そしてその電荷の非局在化ダイナミクスは、内殻励起特有のオージェ崩壊や選択的イオン脱離に反映されて計測できると考えられる。
以上のことを検証するため、H29年度は以下の2項目を実施した。
(1) 共鳴オージェ電子分光とイオン脱離反応計測手法が機能性有機分子の非接触な導電性評価法として有効であることを検討するため、メチルエステルで末端修飾した新規芳香鎖SAMにおいて共鳴オージェ電子分光計測を実施した。分子鎖の違いによる分子導電性に依存した電子移動速度を計測・解析することに成功し、内殻励起特有の選択的結合切断反応の選択性と予測通りの相関性を示すことが分かった。
(2) ナノレベルでの単分子接合状態をモデル化した新規試料系として、ジチオール分子で２つの金ナノ粒子間を架橋した分子接合ナノ粒子の合成に成功し、軟X線分光計測を実施した。併せて、本試料系の合成に必要となる分子被覆のない裸の状態でも安定に分散できる金ナノ粒子の合成環境も、レーザーアブレーション法を導入することで整備した。
本研究期間全体を通した成果として、内殻励起によるイオン脱離反応および共鳴オージェ電子分光計測を反応性官能基をもつ導電性有機分子試料について実施し、定量的に評価する解析手法を新たに考案した。それによって電荷移動がこの様な内殻励起ダイナミクスに反映されていることを検証し、そしてその相関性を確認することができた。以上のことから、軟X線を利用した導電性有機分子の非接触な電荷移動ダイナミクス計測法として、本計測手法の妥当性を確認することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast Coulomb explosion of a diiodomethane molecule induced by an X-ray free-electron laser pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takanashi, E. Kukk, K. Motomura, H. Fukuzawa, K. Nagaya, S. Wada, T. Umemoto, K. Kariyazono, M. Kanno, C. Nicolas, C. Miron, T. Asavei, L. Neagu, M. Schoffler, G. Kastirke, X.-J. Liu, A. Rudenko, S. Owada, T. Katayama, T. Togashi, K. Tono, M. Yabashi, H. Kono, and K. Ueda 他12名
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 ページ: 19707-19721
  • DOI: 10.1039/C7CP01669G
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Site-selective bond breaking induced by resonant core-excitations (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Wada
  • 雑誌名: Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering 巻: - ページ: 621-628
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-409547-2.13204-4
  • 査読あり
• [学会発表] 液中レーザーアブレーション法による 金ナノ粒子の合成と特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和田真一、 姫田晃、 平谷篤也
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 共鳴オージェ電子分光計測による芳香族有機分子の非接触導電性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊豫部佳樹、古賀亮介、平谷篤也、和田真一
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] XFEL強力超短パルス照射によるヨウ化ウラシルの電荷および構造ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田真一，永谷清信，福澤宏宣，本村幸治，上田潔
  • 学会等名: 平成29年度日本結晶学会年会
  • 招待講演