コヒーレント二次元電子分光による強い相互作用系の量子コヒーレンス効果の解明と制御

使用相干二维电子能谱阐明和控制强相互作用系统中的量子相干效应

• 批准号: 16J00627
• 负责人: 米田 勇祐
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00627/
• 关键词: 励起エネルギー移動; 超高速分光; 光合成反応; 光捕集系; 電子移動; 二次元電子スペクトル分光; 励起エネルギー移動; 超高速分光; 光合成反応; 光捕集系; 電子移動; 二次元電子スペクトル分光

平成３０年度は、強い相互作用系における振動コヒーレンスの効果を検証するため電子供与性溶媒中の色素系における超高速電子移動に関する研究および光化学系II(PSII)のエネルギー移動経路ついての研究を行った。電子供与性溶媒中の色素系に関する研究では、前年度までに電子受容性色素としてbis-phenylethynylnaphtacene、電子供与性溶媒として５つの種々のアニリン誘導体を用いて、系統的に広帯域ポンププローブ測定を行ない、低波数振動モードの位相緩和時間が、電子移動速度が速くなるにつれて短くなっていくことを明らかにしていた。今年度は追加実験、より詳細な解析を行い、高波数の振動モードにおいてもいくつかの振動モードの位相緩和時間は電子移動速度と相関があることを明らかにした。また、位相緩和と電子移動速度に相関が見られた振動モードは、反応状態と生成状態のHuang-Rhys factorが大きいものであることが明らかとなった。PSIIに関する研究では、その複雑なエネルギー移動経路を明らかにし、光合成初期過程におけるコヒーレンスの効果を検証することを目的に研究を行なっている。PSIIは35個のクロロフィル分子を持ち、それらの吸収・発光スペクトルはほとんど重なっており、特定の結合位置のクロロフィルのダイナミクスを選択的に励起・観測することは困難である。一方でPSIIに含まれるβカロテンの数は11個と少ないため、特定のβカロテンを選択励起したダイナミクスを観測することによって、PSIIの複雑なエネルギー移動経路を解明できる可能性がある。白色光型フェムト秒過渡吸収測定の励起波長依存性から、510nmの励起光を用いた場合、反応中心に隣接するBcr651と呼ばれるβカロテンを選択励起することに成功し、そのエネルギー移動経路に関する知見を得ることができた。

在2018年，为了验证强相互作用系统中振动相干性的影响，我们对电子粉状溶剂中的染料系统中的超快电子转移进行了研究，并研究了光系统II（PSII）的能量传递路径。使用双苯基乙基苯二烯二苯乙烯作为电子染料作为电子染料和五种不同的苯胺衍生物作为电子含有电子溶剂的染料系统的研究已被系统地测量，这表明低波动频率模式的相位松弛时间变得更短，因为电子速度会变得更短。今年，我们进行了其他实验和更详细的分析，表明即使在高波频率振动模式下，某些振动模式的相位松弛时间也与电子传递速度相关。还揭示了振动模式在反应状态和生产态下，相位松弛和电子传递速率与大黄伊斯因子相关的振动模式。 PSII的研究正在进行研究，目的是阐明其复杂的能量转移路径并在早期光合作用过程中验证连贯性的影响。 PSII具有35个叶绿素分子，它们的吸收和发射光谱几乎重叠，因此很难在特定结合位置选择性地激发和观察叶绿素的动力学。另一方面，由于PSII中包含的β-胡萝卜素的数量仅为11，因此可以通过观察特定β-胡萝卜素的选择性激发的动力学来阐明PSII的复杂能量传递路径。由于使用510 nm处的激发光的兴奋光，由于对反应中心附近的β-胡萝卜素在510 nm处的激发光（称为BCR651）的β-胡萝卜素成功地选择性地激发，因此获得了对其能量转移路径的了解。