分子線を用いた超低温ペニングイオン化電子分光と光反応画像観測法の開拓

开发超低温潘宁电离电子能谱和分子束光反应图像观察方法

• 批准号: 22K12670
• 负责人: 山北 佳宏
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12670/
• 关键词: ペニング電子分光; 分子配向; 低温分子; トラジェクトリ計算; 電子分光; 化学反応動力学; クラスター; アミノ酸; ナノカーボン

【クラスターのペニング電子分光】ペニング電子分光法は、準安定励起原子A*と分子Mとの衝突反応（A* + M→A + M+ + e-）で放出される電子の運動エネルギーを測定する手法である。本研究のねらいは、真空中の孤立クラスターの電子構造を明らかにすることと、低温分子反応に電子分光を適用し分子の配向効果を解明することである。クラスターは極微量であり、低温分子反応は低頻度であることから、従来型の電子分光器では測定できない。そのため、電子の捕集効率を極限的に上げた電子分光器を用い、理論計算と合わせてこれらの研究を進めた。【シード分子線のペニング電子分光】令和5年度は、クラスターを生成するための分子線ノズルの開発に成功した。差動排気できる真空槽を整備し、連続分子ビームを生成した。オリフィス径 20,30,50μm のものを用意して実験を行ったところ，50μmが最適と分かった。一酸化窒素NOとベンゼンをシードした分子線で実験を行ったところ、ベンゼンのシード分子線で分子の配向がそろっていることを示す興味深い結果が得られた。そのため、クラスターの実験を行う前に、ベンゼンとアルキルベンゼンの実験を行うことにした。トルエン、エチルベンゼンではベンゼンより大きな配向効果を示す結果が得られた。【トラジェクトリ計算】分子の配向分布を仮定した理論計算を行い、シード分子線中のベンゼンの配向がキャリアガス（He）によってフリスビーのようにそろっていることが示された。ペニングイオン化過程は、粒子どうしの接近に伴うイオン化過程であり、分子軌道の空間的形状に依存したイオン化確率となる性質から、ペニング電子分光で初めて示すことができた。

[团簇的潘宁电子能谱] 潘宁电子能谱测量亚稳态激发原子A*与分子M之间的碰撞反应中释放的电子的动能(A*+M→A+M++e-)的方法。 。本研究的目的是通过将电子能谱应用于低温分子反应来阐明真空中孤立团簇的电子结构并阐明分子取向效应。由于团簇非常小，而且低温分子反应很少发生，因此无法使用传统的电子能谱进行测量。为此，我们使用了电子收集效率极高的电子能谱仪，并结合理论计算进行了这些研究。 [种子分子束的潘宁电子能谱] 2020年，我们成功开发了用于生成团簇的分子束喷嘴。准备了能够差动抽气的真空室并产生连续分子束。我们对孔径为20、30和50μm进行了实验，发现50μm是最佳的。当使用一氧化氮 NO 和苯作为种子的分子束进行实验时，获得了有趣的结果，表明分子取向与苯种子分子束对齐。因此，在进行团簇实验之前，我们决定先对苯和烷基苯进行实验。结果表明，甲苯和乙苯比苯具有更大的取向效应。 [轨迹计算] 进行假设分子取向分布的理论计算，结果表明，由于载气（He），种子分子束中苯的取向像飞盘一样排列。潘宁电离过程是粒子相互接近时发生的电离过程，由于电离概率取决于分子轨道的空间形状，因此首次使用潘宁电子能谱证明了潘宁电离过程。