複雑化学反応系の規則性・非統計性と強レーザー場による新しい反応制御

复杂化学反应系统的规律性/非统计性以及强激光场的新型反应控制

• 批准号: 08J01764
• 负责人: 河合 信之輔
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J01764/
• 关键词: 反応動力学; 外場; 化学反応の制御; 熱ゆらぎ; 非線形相互作用; 振動回転相互作用; 時間依存標準形; 一般化ランジュバン方程式; 強レーザー場; 反応制御; 非線形; 自由度の削減; 相空間; ランジュバン方程式; 凝縮相; 非線形性; 偶然と必然

生体系を含む多くの現実的な系においては、非常に大きな数の原子・分子が現象に関与しており、物理的洞察を得る上で大きな妨げとなる。前年度までの研究においては、熱浴にさらされた系やレーザー場と相互作用する系などを対象とし、ある条件下では、そのような多自由度の系から化学反応を本質的に記述するただ1つの座標と、反応の成否を決定する力学構造を取り出すことが可能であることを示した。本年度は、その成果をより現実的な系の理解へと適用していく上で不可避と考えられる3つの課題について考察を進めた。第一に、これまでの理論では考えられていなかった分子回転の効果を取り入れ、反応の可否を厳密に予言することを可能とする反応座標が反応モード・振動モード・回転モードが相互作用しあう状況下でも抽出し得ることを示した。この手法を用いて回転モードの影響によって反応分割面が変化する様子が明らかになった。第二に、前年度までの研究の出発点となっていた一般化ランジュバン方程式について、熱浴自由度が平衡でなく時間変化する場合への拡張を定式化した。これは光化学反応のように非定常な熱浴を作り出して反応を制御するような系にこれまでの本研究の理論を適用することを可能にするものである。第三に、具体的な系についてその系が従う一般化ランジュバン方程式を求めるために、実験またはシミュレーションで得られた時系列から一般化ランジュバン方程式に現れる平均力ポテンシャルや摩擦核を求める方法を構築した。前年度までの成果と合わせて、様々な具体的な系で化学反応の成否を決定付ける原理の理解や反応制御への応用につながるものと期待される。

在许多现实系统中，包括生物系统，现象中涉及大量的原子和分子，这对获得物理洞察力构成了主要障碍。直到前一年，我们的研究都集中在暴露于热浴的系统和与激光场相互作用的系统上，在某些条件下，我们能够从本质上描述具有多个自由度的系统的化学反应，我们表明这是可能的。决定反应成败的单一坐标和机械结构。今年，我们继续考虑三个问题，这些问题被认为是在将结果应用于对系统的更现实的理解时不可避免的。首先，反应坐标纳入了先前理论中未考虑到的分子旋转的影响，并允许反应模式、振动模式和旋转模式相互作用，从而可以准确预测反应是否会发生。表明即使在某些条件下也可以提取它。使用这种方法，我们阐明了反应分裂面如何因旋转模式的影响而变化。其次，我们将广义朗之万方程（这是去年研究的起点）推广到热水浴的自由度不处于平衡状态而是随时间变化的情况。这使得将本研究的理论应用于通过创建不稳定热浴来控制反应的系统（例如光化学反应）成为可能。第三，为了获得特定系统的广义朗之万方程，我们开发了一种从通过实验或模拟获得的时间序列中获得出现在广义朗之万方程中的平均力势和摩擦核的方法。结合上一年的结果，预计这将有助于理解决定各种混凝土系统中化学反应成败的原理及其在反应控制中的应用。

项目成果

液相反応の動力学-熱浴下における反応の決定性-

液相反应动力学 - 热浴下反应的确定性 -

• 发表时间: 2008
• 作者: S.Kawai;T.Komatsuzaki;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;T.Komatsuzaki;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;河合信之輔;S.Kawai;河合信之輔;河合信之輔;小松崎民樹;S.Kawai;S.Kawai;河合信之輔;永幡裕;河合信之輔;河合信之輔;河合信之輔;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;河合信之輔;河合信之輔;Shinnosuke Kawai;河合信之輔;河合信之輔;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;河合信之輔
• 通讯作者: 河合信之輔

Ergodic Problems for Real Complex Systems in Chemical Physics

化学物理中真实复杂系统的遍历问题

• 发表时间: 2011
• 期刊: Advances in Chemical Physics
• 作者: T.Komatsuzaki;A.Baba;S.Kawai;M.Toda;J.E.Straub;R.S.Berry
• 通讯作者: R.S.Berry

Hierarchy of Reaction Dynamics in a Thermally Fluctuating Environment

热波动环境中反应动力学的层次结构

• 发表时间: 2010
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: S.Kawai;T.Komatsuzaki
• 通讯作者: T.Komatsuzaki

Dimension Reduction Analysis applied to Energy Transfer Processes in Reaction Intermediates

降维分析应用于反应中间体的能量转移过程

• 发表时间: 2010
• 作者: S.Kawai;T.Komatsuzaki
• 通讯作者: T.Komatsuzaki

Reaction dynamics in condensed phase-Determinacy of the reaction in a noisy environment-

凝聚相反应动力学-噪声环境下反应的确定-

• 发表时间: 2008
• 作者: S.Kawai;T.Komatsuzaki;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;T.Komatsuzaki;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;河合信之輔;S.Kawai;河合信之輔;河合信之輔;小松崎民樹;S.Kawai;S.Kawai;河合信之輔;永幡裕;河合信之輔;河合信之輔;河合信之輔;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai;河合信之輔;河合信之輔;Shinnosuke Kawai;河合信之輔;河合信之輔;Shinnosuke Kawai;Shinnosuke Kawai
• 通讯作者: Shinnosuke Kawai