大振幅な分子振動の高精度実空間イメージング

大振幅分子振动的高精度实空间成像

• 批准号: 18J21311
• 负责人: 上野 一樹
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21311/
• 关键词: 量子波束制御; レーザー分光; マイクロ波分光; ラビ振動; アンモニア; 傘反転振動; 分子偏向器; 3Dプリンター; シュタルク効果; 電子励起分光; REMPI; StarkDeflector; 分子波束ダイナミクス; 画像観測; 分子分光学; マイクロ波化学; コヒーレント制御; フェムト秒化学; イオンイメージング; 不均一化学

従来、分子の画像観測は専ら分子回転に適応されており、分子振動に適応した例は数少ない。そこで、本研究では画像観測法をアンモニアの傘反転振動に適応するべく必要な要素を開発してきた。画像観測には、分子振動の量子状態を単離および結合することが必須である。令和１年度までに、分子振動の量子状態を単離する分子偏向器の開発を終了した。令和２年度では偏向器で選別した量子状態を結合させるために必要な、マイクロ波光学系の構築を行った。マイクロ波の伝搬はガウシアンビーム近似により推定した。ホーンアンテナから放射されたマイクロ波が、楕円ミラーで収束されて、REMPI観測に用いる電極の間を通過するように設計を行った。この設計から必要な素子の寸法を決定し、3Dプリンターでアンテナおよびミラーの製作を行った。アンテナおよびミラーは、表面に導電性塗装を行うことでマイクロ波素子とした。作成したマイクロ波素子は、鉱石検波器を利用して動作確認を行った。作成したマイクロ波素子を利用して、パルス状マイクロ波で励起されたアンモニアのREMPI観測を行った。マイクロ波のパルス強度やマイクロ波のパルス時間の長さを変化させることで、REMPI信号強度が変化することが確認された。この依存性は、電磁波による量子状態のコヒーレントな結合（ラビ振動と呼ばれる）の結果として理解できる。従ってイオン観測に用いる電極が存在している状況下でも、マイクロ波によるコヒーレントな量子状態の結合が可能であることが本研究で実証された。これはイメージング観測の直前まで歩みを進めたことを意味する。しかしながら、ラビ振動の減衰も確認された。マイクロ波の反射や回折による波形の乱れか、アンモニアが核スピン異性体を持つことで生じる多準位構造に由来すると考えられる。今後はイメージング装置との合体とともに、マイクロ波とのコヒーレンスの改善が課題と考えられる。

通常，分子图像观察已仅适用于分子旋转，几乎没有适应分子振动的例子。因此，这项研究开发了必要的元素，以使图像观察方法适应氨的伞振动。图像观察需要分离和组合分子振荡的量子状态。到2021财年，分子偏转器的发展已经完成。在2020财政年度，我们构建了组合由偏转器选择的量子状态所需的微波光学系统。通过高斯梁近似估计微波传播。设计了从喇叭天线发出的微波炉，以使它们被椭圆镜收缩，并在用于REMPI观测的电极之间传递。该设计确定了所需的元素尺寸，并使用3D打印机制造了天线和镜像。通过在表面上进行导电涂层，将天线和镜子制成微波元件。因此，使用矿石检测器检查了这样产生的微波元件。使用创建的微波设备，进行了REMPI观察脉冲微波激发的氨。已经证实，REMPI信号强度通过改变微波炉的脉冲强度和微波炉的脉冲持续时间而变化。由于电磁波而导致的量子状态的相干耦合（称为rabbinic振荡），可以理解这种依赖性。因此，这项研究表明，即使存在用于离子观察的电极，微波也可以通过微波耦合。这意味着该过程已经发展到成像观察之前的点。但是，也证实了拉宾振动的衰减。人们认为，这是由微波反射或衍射引起的波动扰动引起的，或者是由氨具有核自旋异构体时发生的多级结构。将来，挑战可能是将其与成像装置相结合并改善与微波的连贯性。

项目成果

シュタルク偏向器によるアンモニア反転トンネル分裂準位の空間分離

利用 Stark 偏转器实现氨逆流隧道分裂水平的空间分离

• 发表时间: 2020
• 作者: 上野一樹;水瀬賢太;大島康裕
• 通讯作者: 大島康裕

アンモニア反転振動の実空間観測に向けて

氨反转振荡的实空间观测

• 发表时间: 2018
• 作者: 上野 一樹;水瀬 賢太;大島 康裕
• 通讯作者: 大島 康裕

WRHI International Workshop on Advanced Laser Spectroscopy for Soft Molecular Systems

WRHI 软分子系统先进激光光谱国际研讨会

• 发表时间: 2019
• 作者: 浅見慶志朗;平野直人;町田嗣樹;安川和孝;加藤泰浩;Yoshito Ishiki;Yoshito Ishiki;Yoshito Ishiki;Yoshito Ishiki;Yoshito Ishiki;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;伊敷喜斗;上野一樹・水瀬賢太・大島康裕;Kazuki Ueno
• 通讯作者: Kazuki Ueno

Stark デフレクターによる実空間でのアンモニアの量子状態分離

使用斯塔克偏转器在真实空间中进行氨的量子态分离

• 发表时间: 2020
• 作者: 上野一樹;水瀬賢太;大島康裕
• 通讯作者: 大島康裕

アンモニア反転運動の実空間観測に向けて

氨逆演运动的实空间观测

• 发表时间: 2019
• 作者: 上野一樹;水瀬賢太;大島康裕
• 通讯作者: 大島康裕