強光子場分子ダイナミクスとその制御の電子・核波束動力学理論

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14077203
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 河野 裕彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70178226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大槻 幸義 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40203848) ; 藤村 勇一 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90004473)
• Keywords: 強レーザー場 / 電子波束 / 最適制御パルス / 時間依存断熱状態 / 分子配列 / 反応制御 / 選択的結合解離 / 光学異性体

Research Abstract

強レーザー場中の分子の電子や核の動きは,レーザー電場の変化に追従する時間依存断熱電子状態とそれらの間の電場誘起非断熱遷移の確率を使って説明できることを明らかにしてきた.本年度は,分子軌道法によって得られた時間依存断熱状態の各原子の電荷よりイオン化確率を推定する簡便な式を提案し,多電子系の増強イオン化の新たな機構を提案した.イオン化や反応を支配している強レーザー場誘起分子内電子移動を電子相関の観点から定量化するため,新しい多配置時間依存ハートレー・フォック法も開発した.現在,S-行列法と融合させ,イオン化確率を計算する汎用プログラムを作成中である.
時間依存断熱法を強レーザー場と相互作用するCO_2に適用し,A01班山内らによって報告されているクーロン爆発直前のカチオンの構造を説明することができた.また,C-C結合の方がC-O結合より切れやすいという実験結果が報告されているが,1価カチオンの段階で最低断熱状態と解離性断熱ポテンシャルが短いC-C結合距離で交差し,2つの状態間の非断熱遷移により解離が促進されることが本方法により明らかとなった.本年度より,凝縮相での分子配向の動的機構を明らかにするため,古典分子動力学計算を用いて,光と相互作用する凝縮系のダイナミクスの研究を開始した.常温の凝縮相でも,電子的に非共鳴なレーザーで,溶質分子の分極率の異方性が大きい色素分子が配列しうることが判った.
特定の反応収率を最大にするパルスデザインのための新たな最適制御理論を構築し,これらの方法論を気相中だけではなく,凝縮相中の分子ダイナミクスに適用した.また,ラセミ混合物から高光学純度を得るための新しい量子制御法を提案した.電場ベクトルの偏光を利用したもので,磁場成分に依らない方法である.直線偏光パルスでキラリティーを持つ分子の分子内回転子を一方向に回すことが可能であることも示した.

Research Products

• [Publications] Y.Sato, H.Kono, S.Koseki, Y.Fujimura: "Description of molecular dynamics in intense laser fields by the time-dependent adiabatic state approach : Application to simultaneous two bond dissociation of CO_2 and its control"Journal of American Chemical Society. 125. 8019-8031 (2003)
• [Publications] J.Ohkubo, T.Kato, H.Kono, Y.Fujimura: "Molecular alignment in a liquid induced by a nonresonant laser field : Molecular dynamics simulation"Journal of Chemical Physics. 120. (2004)
• [Publications] K.Hoki, M.Yamaki, Y.Fujimura: "Chiral molecular motors driven by a nonherical laser pulse"Angewandte Chemie International Edition. 42. 3084-3086 (2003)
• [Publications] H.Kono, Y.Sato, N.Tanaka, T.Kato, K.Nakai, S.Koseki, Y.Fujimura: "Quantum mechanical study of electronic and nuclear dynamics of molecules in intense laser fields"Chemical Physics. (2004)
• [Publications] Y.Ohtsuki: "Non-Markovian effects on quantum optimal control of dissipative wave packet dynamics"Journal of Chemical Physics. 119. 661-671 (2003)
• [Publications] H.Kono, Y.Sato, Y.Fujimura: "Identification of the Doorway States to Ionization of Molecules in Intense Laser Fields"Laser Physics. 13・4. 883-883 (2003)
• [Publications] K.Hoki, M.Yamaki, S.Koseki, Y.Fujimura: "Mechanism of unidirectional motions of chiral molecular motors driven by linearly polarized pulses"Journal of Chemical Physics. 119. 12393-12398 (2003)
• [Publications] Y.Ohtsuki, G.Turinici, H.Rabitz: "Generalized monotonically convergent algorithms for solving quantum optimal control problem"Journal of Chemical Physics. (2004)
• [Publications] K.Hoki, M.Sato, M.Yamaki, R.Sahnoun, L.Gonzalez, S.Koseki, Y.Fujimura: "Chiral molecular motors ignited by femtosecond pump-dump laser pulse"Journal of Physical Chemistry B. (2004)
• [Publications] Y.Fujimura: "Quantum Control of Molecular Chirality"Recent Research Developments in Quantum Chemistry. 4. 345-358 (2003)
• [Publications] 藤村勇一: "キラル分子の光異性化:理論的取り扱い"光化学. 34. 154 (2003)
• [Publications] Y.Ohtsuki, H.Rabitz: "Development of solution algorithms for quantum optimal control equations in product spaces"CRM Proceedings and Lectures. 33. 151-163 (2003)