レーザー光を用いた中性分子のマニピュレーションとその応用

激光操纵中性分子及其应用

• 批准号: 12304020
• 负责人: 酒井 広文
• 金额: $ 27.48万
• 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 (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12304020/
• 关键词: 非共鳴誘起双極子; 分子の配向制御と配列制御; 化学反応ダイナミクス; 配置効果; 選択的制御; 2次元イメージング; 分子光学; 断熱領域と非断熱領域

本年度は特に、静電場とレーザー電場の併用による分子の頭と尻尾を区別した配列制御の実現を目指して研究を進め、実際に明確な証拠を観測することに成功した。実験では、昨年度開発した装置を飛行時間型(Time-Of-Flight : TOF)イオン分析モードで使用し、その特性を最大限利用した。上記の手法の静電場としてイオンの加速電場を、レーザー電場としてナノ秒Nd : YAGレーザーの基本波を用いた。プローブ用フェムト秒チタンサファイアレーザー光の偏光方向をTOF軸と平行にして入射した場合、フラグメントイオンには一般にその初速度が検出器方向かあるいは反対方向かに対応してforward成分とbackward成分が現れる(TOFスペクトル)。Nd : YAGレーザー光を照射しない時は、TOFスペクトルの形状はほぼ対称であり、分子がランダムな方向を向いている結果と解釈できる。一方、Nd : YAGレーザ光を照射すると、TOFスペクトルに明らかな非対称性が観測された。これは、試料分子が配列を起こした結果と解釈できる。実際、この非対称性は試料分子の電気陰性度に関する簡単な考察から予想されるものと一致した。配列度を決める3つのパラメータは、レーザー光の強度と静電場の大きさと分子の回転温度である。実験でも、レーザー光や静電場を強くしたり、分子の回転温度を下げることにより配列度を大きくできることを確認した。今回、試料分子として、主にOCSを用いたが、OCSと比べると条件の悪いHClについても同様の効果を確認した。上記の実験と理論との比較のため、シュレーディンガー方程式を数値的に解くための計算コードの開発を並行して進めた。分子の回転周期に比べて配列がゆっくり進む断熱領域における計算結果は上記の実験結果を支持するものであった。さらに、非断熱領域における配列過程の時間発展を調べるための計算コードの開発も行った。

今年，我们重点研究了通过结合静电场和激光电场来区分头部和尾部来控制分子排列的研究，并成功地实际观察到了明确的证据。实验中，去年开发的装置采用了飞行时间（TOF）离子分析模式，充分利用了其特点。在上述方法中，使用离子加速电场作为静电场，使用纳秒Nd:YAG激光基波作为激光电场。当探针飞秒钛蓝宝石激光束以平行于 TOF 轴的偏振方向入射时，碎片离子通常具有向前分量和向后分量，具体取决于它们的初始速度是朝向探测器还是相反方向（TOF 谱）。 ）。当未受 Nd:YAG 激光照射时，TOF 光谱的形状几乎是对称的，这可以解释为分子沿随机方向取向的结果。另一方面，当用Nd:YAG激光照射时，在TOF光谱中观察到明显的不对称性。这可以解释为样品分子排列的结果。事实上，这种不对称性与对样品分子电负性的简单考虑所预期的结果是一致的。决定排列程度的三个参数是激光的强度、静电场的大小和分子的旋转温度。实验还证实，可以通过增加激光束或静电场的强度，或者通过降低分子的旋转温度来增加排列程度。这次我们主要使用OCS作为样品分子，但我们也证实了HCl具有类似的效果，但HCl的条件比OCS要差。为了将上述实验与理论进行比较，我们同时开发了计算代码来数值求解薛定谔方程。绝热区域的计算结果支持了上述实验结果，与分子旋转周期相比，绝热区域的排列进展缓慢。此外，我们开发了一种计算代码来研究非绝热区域中对准过程的时间演化。

项目成果

Tsuneto Kanai, Hirofumi Sakai: "Numerical simulations of molecular orientation using strong, nonresonant, two-color laser fields"Journal of Chemical Physics. 115・13. 5492-5497 (2001)

Tsuneto Kanai、Hirofumi Sakai：“使用强非共振双色激光场进行分子取向的数值模拟”化学物理杂志 115・13（2001 年）。

Hirofumi Sakai,Jakob Juul Larsen,C.P.Safvan,Ida Wendt-Larsen, et al.: "Alignment of neutral molecules by a strong nonresonant laser field"Advances in multiphoton processes and spectroscopy. 14. 135-150 (2001)

Hirofumi Sakai、Jakob Juul Larsen、C.P.Safvan、Ida Wendt-Larsen 等人：“通过强非共振激光场对准中性分子”多光子过程和光谱学的进展。

Hirofumi Sakai, Jakob Juul Larsen, C.P.Safvan, Ida Wendt-Larsen, et al.: "(Invited paper) Alignment of neutral molecules by a strong nonresonant linearly-polarized laser field"Laser control and manipulation of molecules. (To be published). (2002)

Hirofumi Sakai、Jakob Juul Larsen、C.P.Safvan、Ida Wendt-Larsen 等人：“（特邀论文）通过强非共振线偏振激光场对准中性分子”激光控制和操纵分子。

S.Minemoto,A.Terasaki,and T.Kondow: "Electronic and geometric structures of Vanadium cluster ions,V_n^+ (n=3-5), studied by optical absorption spectroscopy"Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 106・2-3. 171-178 (2000)

S.Minemoto、A.Terasaki 和 T.Kondow：“通过光学吸收光谱研究钒簇离子 V_n^+ (n=3-5) 的电子和几何结构”电子光谱学和相关现象杂志 106・。 2-3。171-178（2000）

S.Minemoto,J.Mueler,G.Gantefoer,H.J.Muenzer,J.Boneberg,and P.Leiderer: "Direct observation of dynamics of electronic excitations in clusters"Physical Review Letters. 84・16. 3554-3557 (2000)

S. Minemoto、J. Mueler、G. Gantefoer、H. J. Muenzer、J. Boneberg 和 P. Leiderer：“团簇中电子激发动力学的直接观察”物理评论快报 84・16（2000 年）。