Sculpturing quantum wave packets of large-amplitude molecular vibration: Design, control, and visualization of isomerization reactions

雕刻大振幅分子振动的量子波包：异构化反应的设计、控制和可视化

基本信息

批准号：
22H00312
负责人：
大島康裕
金额：
$ 27.12万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

研究初年度の本年度は、以下の成果があった。１）インパルシブ励起によれば、単一の極短パルス光との相互作用によっても多段のラマン過程が実現され、通常は実現が困難な量子数変化が大きな励起も可能である。そのためにダブルチャープパルスを用いたインパルシブラマン励起法を開発し、一酸化窒素分子の回転準位間の遷移に適用した。最低準位J = 1/2から、J = 3/2, 5/2に対して90%を超える分布移動を実現した。さらに高い回転状態への選択的励起も可能であることを実証した。２）量子準位選択的なプローブによる振動波束分光により、ビフェニル誘導体における大振幅なねじれ振動の観測と制御を実現した。振動量子波束の時間発展に対する分子回転の効果について理論定式化を行い、実測結果を良く再現することを確認した。また、長時間の時間発展計測を行い、その結果をフーリエ変換することによって高い周波数分解能でねじれ振動準位を決定した。３）２つの大振幅ねじれ振動モードを持つジフェニルメタンについて、量子準位選択的なプローブによる振動波束分光を行った。励起パルス対間隔を調整することによって、特定のねじれ振動モードのみを励起可能であることを実証した。４）量子準位選択的なプローブによる振動波束分光ならびに２色のナノ秒レーザーによる誘導放出分光を併用して、ベンゼン－メタン錯体における分子間振動の観測を行った。電子基底状態における６つの分子間振動準位の特定を実現できた。さらに、分子間力に対する多自由度ポテンシャルを解析的に表現する新規なモデルを開発し、高精度の量子化学計算の結果をフィットすることにより、モデルポテンシャルを構築した。このモデルポテンシャルに対する振動エネルギー準位を数値的に求めて実験結果と比較することにより、実測のバンドの帰属を行うことができた。

今年是该研究的第一年，取得了以下成果。 1)根据脉冲激发，即使通过与单个超短光脉冲的相互作用也可以实现多级拉曼过程，并且还可以实现通常难以实现的量子数大变化的激发。为此，我们开发了一种使用双线性调频脉冲的脉冲拉曼激发方法，并将其应用于一氧化氮分子旋转能级之间的转变。我们实现了超过 90% 的分配转变，从最低水平 J = 1/2 到 J = 3/2 和 5/2。我们证明了选择性激发甚至更高的旋转状态也是可能的。 2)利用量子能级选择探针的振动小波谱实现了联苯衍生物大振幅扭转振动的观测和控制。我们开发了分子旋转对振动量子波包时间演化影响的理论公式，并证实它很好地再现了实验结果。此外，我们通过执行长期时间演化测量和结果的傅里叶变换，确定了具有高频分辨率的扭转振动水平。 3) 使用量子级选择性探针对具有两种大振幅扭转振动模式的二苯甲烷进行振动波包光谱分析。我们证明，通过调整激励脉冲对间距，可以仅激励特定的扭转振动模式。 4）结合使用量子水平选择探针的振动小波光谱和使用双色纳秒激光的受激发射光谱，观察苯-甲烷复合物中的分子间振动。我们能够识别电子基态的六个分子间振动能级。此外，我们开发了一种新的模型，可以解析地表达分子间力的多自由度势，并通过拟合高精度量子化学计算的结果构建了模型势。通过数值确定该模型势的振动能级并将其与实验结果进行比较，我们能够分配实际测量的频带。