低温希ガス・小分子固体中の原子拡散におけるトンネル効果と化学反応

低温惰性气体和小分子固体中原子扩散的隧道效应和化学反应

基本信息

批准号：
10120208
负责人：
幸田清一郎
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

1. 本研究は、希ガス結晶における水素、重水素原子の化学反応と拡散の過程を実験的に追跡し、多体相互作用の場において進行するトンネル効果に関する知見を得ることを目的とする。このために、H_2Sなどをドープした自立した結晶を作成し、レーザーによる選択励起によって固体中に原子種を生成させ、その消滅過程、生成物の生成過程を赤外分光やレーザー分光の手段によって追跡する。本研究の実験的方法の特色は、自立した結晶をレーザー励起し、光学密度を上げ、極低濃度の化学種の追跡を可能とすることにある。結晶構造特有の場が反応や、拡散過程に及ぼす効果を明らかにすることができる。2. H_2Sを少量含む希ガスを既存の自立結晶作成装置へ導き、透明な自立結晶を作成した。赤外吸収スペクトルの解析により、低濃度の結晶ではH_2Sは単離された状態と2量体などとして存在することを明らかにした。220-260nm範囲の波長のレーザー光で励起することによって自立結晶のケージ中でSH+Hに解離させた。H_2Sの解離は、その赤外吸収の減衰から260nm近辺まで認められ、一方、SH、およびH原子の生成は、250nm以下で認められた。この結果は、光吸収解離に伴う過剰エネルギーが、あるしきい値以上のケースのみ水素原子がケージのポテンシャルから抜け出るとするモデルで解釈できる。モデル計算で得られるケージのポテンシャルの障壁高さに比べて、より低いエネルギーを有する水素原子が一部ケージの外へ表れている可能性があり、何らかのトンネル現象が関係している可能性を示した。また対応するD_2Sについても検討を進め、水素原子と重水素原子の挙動の差を示した。

1.本研究的目的是通过实验跟踪稀有气体晶体中氢和氘原子的化学反应和扩散过程，并获得有关多体相互作用领域中进展的隧道效应的知识。为此，我们创建了掺杂H_2S等的独立晶体，通过激光选择性激发在固体中产生原子物种，并利用红外光谱和激光光谱跟踪湮没过程和产生过程。本研究中使用的实验方法的特点是激光激发独立晶体以增加其光密度，从而可以跟踪极低浓度的化学物质。可以阐明晶体结构特有的场对反应和扩散过程的影响。 2、在现有的自立式晶体形成装置中通入含有少量H_2S的稀有气体，制备出透明的自立式晶体。红外吸收光谱分析表明，在低浓度晶体中，H_2S以孤立状态和二聚体形式存在。通过波长范围为 220-260 nm 的激光激发，它在独立的晶体笼中解离成 SH+H。由于其红外吸收的衰减，在260 nm附近观察到H_2S的解离，而在250 nm以下观察到SH和H原子的形成。这个结果可以使用一个模型来解释，该模型假设只有当与光吸收和解离相关的多余能量超过某个阈值时，氢原子才会从笼势中逃逸。与模型计算得到的笼势势垒高度相比，笼外可能出现了一些能量较低的氢原子，这表明Ta可能涉及某种隧道现象。我们还研究了相应的 D_2S 并显示了氢原子和氘原子之间的行为差异。