極低温量子固体中でおこるトンネル反応の分光学的研究

低温量子固体中发生的隧道反应的光谱研究

基本信息

批准号：
08240224
负责人：
百瀬孝昌
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では化学的に活性な状態を持つ分子を固体パラ水素内に生成し、その分子とまわりの水素分子とのX+H_2→XH+Hの型の反応素過程のダイナミックスを高分解能レーザー分光法によって研究することをめざした。その目的は反応に及ぼすトンネル現象などの量子効果の寄与を解明することである。具体的には、固体水素に種々の反応前駆体分子を分散させ、紫外光あるいは放射線照射などで励起して活性分子を生成し、その赤外から可視領域の基底及び電子励起状態の振動・回転遷移をレーザー分光法により観測して、反応に関与する中間体や反応生成物の分子構造・電子状態などを明らかにした。その結果、ヨウ化メチルの光解離で生成するメチルラジカルが周りの水素分子と反応してメタンができる過程においては、CH_3では反応が全く進行しないのに対して、CD_3では反応してCD_3Hが生成することが明らかになった。この違いは、重水素化に伴うゼロ点振動の違いによるものと考えられる。この反応は純粋にトンネル効果のみによって起こっていると考えられるが、その背景には固体水素中では量子固体固有の水素分子の波動関数の広がりがあるという事実が大きく寄与している。今後、反応を起こさせるレーザー光のパルスに同期させて赤外領域の吸収の時間的変化を追うことにより、励起状態の寿命や反応速度など反応の動的過程の解析を試みる。その一連の解析から、量子力学固有のトンネル現象が化学反応に寄与する役割を実証的に明らかにしていく予定である。

在这项研究中，我们将在固体仲氢中生成具有化学活性状态的分子，并使用高分辨率激光测量该分子与周围氢分子之间的 X+H_2→XH+H 反应基本过程的动力学。目的是利用光谱学对其进行研究。目的是阐明量子效应（例如隧道效应）对反应的贡献。具体来说，将各种反应前体分子分散在固体氢中，用紫外光或辐射激发生成活性分子，并通过使用激光观察跃迁而产生红外至可见光范围内的基态和电子激发态的振动和旋转。通过光谱学，我们揭示了参与反应的中间体和反应产物的分子结构和电子态。结果，在碘甲烷光解产生的甲基自由基与周围的氢分子反应形成甲烷的过程中，完全不与CH_3发生反应，而是与CD_3发生反应并生成CD_3H。显然会的。这种差异被认为是由于与氘化相关的零点振动的差异造成的。人们认为这种反应的发生纯粹是由于隧道效应，但事实上，在固体氢中，氢分子的波函数展宽是量子固体所独有的，这一事实做出了重大贡献。未来，我们将尝试通过与引起反应的激光脉冲同步跟踪红外区域吸收的时间变化来分析反应的动态过程，例如激发态的寿命和反应速率。通过这一系列的分析，我们计划从经验上阐明量子力学特有的隧道现象在化学反应中所起的作用。