モード選択的振動励起による物質操作法の開拓

使用模式选择振动激励的材料操纵方法的开发

基本信息

批准号：
20K20556
负责人：
芦原聡
金额：
$ 16.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

中赤外超短パルスレーザーを用いると，特定の分子振動モードを選択して強い振動励起を実現できる。これは、特定の化学結合にエネルギーを供給できることを意味する。本研究では、この「モード選択的な励起」を通して化学反応制御や有機材料加工を達成する手法およびその基礎をなす学術を開拓する。初年度は、中赤外波形整形パルスによる多段階振動励起の理論解析に取り組んだ。分子の量子状態に関する密度行列の時間発展を数値的に計算するコードを開発し、赤外パルスの電場波形およびフルエンスに応じた振動励起ダイナミクスの予測を行った。また、中赤外パルスによる多段階振動励起実験のためのポンプ・プローブ分光測定系を開発した。二年目は、赤外ポンプ・プローブ分光法による気相分子の振動・回転励起ダイナミクスの観測に取り組み、振動励起に伴う吸収スペクトル変化の観測に成功した。三年目となる本年度は、赤外フェムト秒パルスを用いて、気相分子の振動・回転波束の生成に成功した。具体的には、多段階振動励起と同時に複数の回転準位の重ね合わせ（波束）を生成できることを初めて実験的に示した。並行して、液相分子を対象とする実験も行い、量子数10に迫る多段階振動励起が可能であることを示した。これらは、振動励起による化学反応制御の潜在能力を示す重要な成果といえる。また、赤外パルスを用いた有機材料加工にも取り組み、振動モードとの共鳴により効率的な光吸収とそれに続く加工が起こることを見いだした。

利用中红外超短脉冲激光，可以选择特定的分子振动模式并实现强振动激发。这意味着能量可以提供给特定的化学键。在这项研究中，我们将开发通过这种“模式选择性激发”控制化学反应和加工有机材料的方法，以及构成其基础的科学。第一年，我们致力于使用中红外波形整形脉冲进行多步振动激励的理论分析。我们开发了一种代码，可以数值计算与分子量子态相关的密度矩阵的时间演化，并根据电场波形和红外脉冲的注量来预测振动激发动力学。我们还开发了一种泵浦探针光谱测量系统，用于使用中红外脉冲进行多步振动激发实验。第二年，我们致力于利用红外泵浦探针光谱观察气相分子的振动和旋转激发动力学，并成功观察到与振动激发相关的吸收光谱的变化。今年，即第三年，我们成功地利用红外飞秒脉冲产生气相分子的振动和旋转波包。具体来说，我们首次通过实验证明，可以通过多步振动激励同时生成多个旋转水平的叠加（波包）。与此同时，我们针对液相分子进行了实验，结果表明接近量子数 10 的多步振动激发是可能的。这些重要结果证明了通过振动激发控制化学反应的潜力。我们还致力于使用红外脉冲处理有机材料，并发现由于与振动模式的共振而发生有效的光吸收和后续处理。

项目成果

期刊论文数量（89）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Cr2+:ZnS を用いた中赤外モード同期レーザーの開発

Cr2+:ZnS中红外锁模激光器的研制

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
岡崎大樹;芦原聡
通讯作者：
芦原聡

赤外プラズモニクスで拓く振動分光の新たな展開

使用红外等离子体激元的振动光谱学的新进展

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
服部楓;日下心平;松田亮太郎;芦原聡
通讯作者：
芦原聡

赤外フェムト秒レーザーによる液相CO2分子の振動ラダークライミング

使用红外飞秒激光进行液相 CO2 分子的振动梯攀爬

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Orioka Mariko;Eguchi Masatoshi;Mizui Yuki;Ikeda Yuma;Sakama Akihiro;Li Qiaojing;Yoshimura Hideaki;Ozawa Takeaki;Citterio Daniel;Hiruta Yuki;森近一貴，津坂裕己，万秋明，芦原聡
通讯作者：
森近一貴，津坂裕己，万秋明，芦原聡

Control of multi-quantum vibrational excitations with intense mid-infrared fields

强中红外场多量子振动激发的控制