2022 Fiscal Year Research-status Report
Study of the quantum effects of para-hydrogen with high-sensitive coherent double resonance spectroscopy and its application to interstellar chemistry
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22K05017
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
住吉 吉英 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (50291331)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | パラ水素クラスター / コヒーレント2重共鳴分光 / 星間化学 / 分子間振動ダイナミクス / マイクロ波分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は，パラ水素クラスターの分子間振動回転遷移を観測するためのマイクロ波シンセサイザー（出力範囲1-20 GHz）とその制御システムを整備した．マイクロ波シンセサイザーは，既存の装置を修理して本研究に用いた．今回整備したマイクロ波シンセサイザーと，これとは別に所有していたマイクロ波シンセサイザー（出力範囲1-24 GHz）を組み合わせてコヒーレントな2重共鳴分光を行うための制御回路，およびLabViewを用いた制御プログラムを開発した．また，検出感度の向上を目指して，電気ノイズの少ない半導体マイクロ波増幅器と高速応答のマイクロ波スイッチを購入し，2重共鳴分光装置の検出系に組み込んだ．
分光装置の動作確認のために，硫化カルボニルの同位体種，および硫化カルボニルとアルゴン原子から成る分子クラスターを用いた2重共鳴分光を行い，高感度の2重共鳴分光装置として十分な性能を有している事を確認した．また，２つのマイクロ波の入射タイミングを適切に制御する事で，分子の分布変化と回転量子状態の位相変化を区別して観測できることを確認した．
パラ水素クラスターの振動回転遷移の周波数から分子間相互作用ポテンシャル曲面を決定するための解析ブログラムを開発した．本研究で用いるマイクロ波分光法は，高い分解能を有するため，回転スペクトル中に核スピンに由来した超微細分裂構造を観測する事が可能である．分子クラスターで観測される超微細分裂構造は，単体の分子で観測される分裂構造と比べて複雑なものになることが予想されるが，その複雑な分裂構造の中に，分子間相互作用ポテンシャルの重要な情報が含まれていると期待される．今年度に開発した解析プログラムは超微細分裂の情報から分子間相互作用曲面を決定する機能を備えたものである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は，パラ水素クラスターの分子間振動回転遷移を観測するためのマイクロ波2重共鳴分光装置を完成させ，その試験運転を行う事を目標としてきたが，それらを概ね達成する事ができた．特に，2種類の周波数の入射マイクロ波の照射タイミングを制御する事で，2重共鳴時に起こる分子の分布数変化と回転量子状態の位相変化を選別して観測できる事が本分光装置の重要な特徴の一つであり，その機能を備えている事を確認できた事は重要である．
本研究では振動回転スペクトルから直接分子間相互作用ポテンシャルを決定する事を目的としているが，そのための解析プログラムの開発を，令和4年度中に概ね完了する事ができた．
上述のとおり，本研究の遂行において主力となる2重共鳴分光装置と解析プログラムの開発が順調に進んでいる事から，本研究がおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
開発を終えた2重共鳴分光装置を用いてパラ水素分子およびオルト水素分子と，HClに代表されるハロゲン化水素などの星間分子から成る分子クラスターを対象に，分子間振動回転遷移の観測を行う．更に，超音速ジェットの背圧や混合試料のキャリアガスと水素分子の混合比などを最適化する事で，多数のパラ水素分子を含む分子クラスターの検出も試みる．得られたスペクトルデータから，パラ水素分子やオルト水素分子と星間分子との精密な分子間相互作用ポテンシャル曲面の決定を目指す．
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