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2015 Fiscal Year Research-status Report

電子の集団運動を利用した高感度微視的化学環境プローブ手法の理論的開拓

Research Project

Project/Area Number 15K05394
Research InstitutionThe Open University of Japan

Principal Investigator

安池 智一  放送大学, 教養学部, 准教授 (10419856)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsプラズモン / 共鳴ラマン散乱 / 遷移密度分布 / 近接場
Outline of Annual Research Achievements

(1) Na, Au, Ag, Cu, Ptからなる金属クラスターとピラジン分子からなる複合系について共鳴ラマン散乱のスペクトルのシミュレーションを行い,増強度の系統的な調査を行った.プラズモン励起に伴う近接場が増強効果を生むという従来の立場をとれば大きな振動子強度を持つ励起が大きな増強効果を与えると考えられるが,そのような想定は必ずしも正しくないことが実証された.たとえばNa20クラスターとNa原子を比較したとき,いずれの粒子にも p_x, p_y, p_z に相当する双極型の遷移密度を持つ電子励起があるが,当然のことながらNa原子よりもNa20クラスターの方が大きな振動子強度を与える.しかしながら,増強度の観点からはNa原子の方がNa20クラスターに勝るという結果が得られた.ラマン活性度と関係する差遷移密度分布を見るとNa20クラスターのプラズモン励起もピラジン分子の振動の影響を大きく受けるが,その空間分布は遠視野観測にかかる双極成分が小さくなっていることが明らかとなった.すなわち,大きな増強効果を得るには必ずしも大きな振動子強度を持つクラスターではなく,より先端の尖った形状を持つクラスターもしくは原子を用いることの方が重要であると結論することができる.このことより従来は不向きとされてきた遷移金属も増強効果を用いた微視的化学環境のプローブとして利用できると考えられ,さらには遷移金属クラスター上で起こる触媒反応の「その場観測」への展開も可能になると考えられる.

(2) 増強度の吸着距離依存性については,プローブから見て等方的なモードについては分子の形の効果が平均化されることで(距離の12乗に反比例する)古典近接場描像と一致するが,一般には振動励起に対する励起プローブ粒子の電子運動の応答が重要でモードに強く依存することが明らかとなった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成27年度の研究実施計画では,(1) クラスターの構成元素・構造と増強度の関係を明らかにすること,(2) 吸着距離と増強度の一般的な関係を明らかにするの2点を目標とした.これらの両者について,上記「研究実績の概要」に示したような新たな知見を得ることができた.

Strategy for Future Research Activity

(1) 遷移金属クラスターの上で起こる触媒反応について,電子励起を援用した微視的プローブの可能性について数値計算に基づいた検討を行う.

(2) 上記と並行してこれまで本研究代表者が開発してきた開放系電子状態理論に基づくオリジナルの計算コードに Coupled-perturbed Kohn-Sham (CPKS) 法の実装を行う.これにより基板表面上での共鳴ラマン散乱過程のシミュレーションが可能となり,より定量的な検討が可能となる.こちらはベンチマーク計算も含め平成28, 29年度の2年計画で実施する.

Causes of Carryover

海外渡航費を別予算で手当てしたため.

Expenditure Plan for Carryover Budget

学会発表を増やし研究成果の積極的な発信を行う.

  • Research Products

    (6 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Imaging Electronic Excitation of NO by Ultrafast Laser Tunneling Ionization2016

    • Author(s)
      Tomoyuki Endo, Akitaka Matsuda, Mizuho Fushitani, Tomokazu Yasuike, Oleg I. Tolstikhin, Toru Morishita, Akiyoshi Hishikawa
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 116 Pages: 163002 (1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.116.163002

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Raman scattering enhanced by plasmonic clusters and its application to single-molecule imaging2015

    • Author(s)
      Tomokazu Yasuike, Katsuyuki Nobusada
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1702 Pages: 090047 (1-4)

    • DOI

      10.1063/1.4938855

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Unified treatment of photo-induced adsorbate dynamics by an open-system approach for molecules interacting with environments2016

    • Author(s)
      Tomokazu Yasuike
    • Organizer
      12th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
    • Place of Presentation
      アテネ(ギリシャ)
    • Year and Date
      2016-03-17
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 電子集団運動を利用したメタルクラスターの高感度分光2015

    • Author(s)
      安池智一
    • Organizer
      ナノ学会シンポジウム「若い力が拓くナノサイエンス・テクノロジー」
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ
    • Year and Date
      2015-11-28
    • Invited
  • [Presentation] Microscopic mechanism of Raman scattering enhanced by plasmon and its application to vibrational mode-dependent imaging2015

    • Author(s)
      Tomokazu Yasuike
    • Organizer
      The 5th International Conference on Tip-Enhanced Raman Spectroscopy
    • Place of Presentation
      大阪大学中之島センター
    • Year and Date
      2015-10-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズモン増強ラマン散乱による単一分子イメージングの振動モード依存性2015

    • Author(s)
      安池智一
    • Organizer
      分子科学討論会2015
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2015-09-16

URL: 

Published: 2017-01-06  

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