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アト秒領域の超高速分子内電子状態を直接観測 | 理化学研究所
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アト秒領域の超高速分子内電子状態を直接観測 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
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図1 分子における電子波束の観測手法
2つの電子波束の観測手法を示した。（a）は従来提案されていた光電子に着目する手法、（b）は今回用いたフラグメントイオンに着目する手法。
電子状態Xからポンプ光を用いて電子状態Aおよび電子状態Bに同時励起する（電子状態Aと電子状態Bの間で電子波束が生成する）。また、電子状態Aと電子状態Bは束縛性のポテンシャルで
あるため、各電子状態で振動波束が生成する。
方法（a）では、プローブ光で電子状態Aおよび電子状態Bをさらにイオン化し、電子状態Cの連続状態に遷移させたときに生成する光電子の運動エネルギー分布の時間変化を記録することによって
電子波束を観測する。
方法（b）では、プローブ光を用いて電子状態Aと電子状態Bを解離性の電子状態に遷移させることによって誘起されるフラグメント生成過程で生じるフラグメントイオンの運動エネルギーの時間変化を
記録することによって電子波束を観測する。
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図2 アト秒パルス列の時間幅の計測
（a）は自己相関波形、（b）はアト秒パルスのスペクトルより計算された電場波形。
1ユニットは基本波の電場周期2.7フェムト秒に対応し、その半周期でアト秒パルスが発生していることを表している。自己相関波形は、少なくとも2光子以上の光子が吸収されることによって生成する
信号量の変化を観測することによって計測できるものであり、2光子吸収が実際に起こっていることを直接的に示す結果である。この計測結果は、アト秒パルスの強度がポンプ・プローブ計測を行うに
十分であることを示している。
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図3 アト秒電子波束の直接観測
（a）はポンプ光とプローブ光の遅延時間の走査で得られた窒素原子イオンの信号量変化、（b）はフーリエ変換スペクトル。
フーリエ変換後のスペクトルから一番速い周期の信号量変調が500アト秒、一番遅い周期の信号量変調が3500アト秒であることがわかる。
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図4 振動波束の時間発展の観測
(a)は窒素原子イオンの運動エネルギーのポンプ光とプローブ光の遅延時間依存性を示した図。カラースケールはフラグメントイオンの量。
(b)は(a)をフーリエ変換することによって得られる振動周期の運動エネルギー依存性（振り子運動）を示した図。カラースケールは得られる信号の時間変調量。70～50フェムト秒の間に1つ、20～14
フェムト秒の間に4つ、合計5つの異なる特徴を持つ振り子運動が観測された。なお、同じ周期の間の複数の分布は1つの電子状態に由来するため、70～50フェムト秒の間の分布は1つとカウントする。
2:もろ禿HINE! ★＠＼(^o^)／
15/09/27 15:10:49.70 .net
全ての物質は原子核と電子でできていて、あらゆる化学反応は、電子の移動が原子核の位置の変化を引き起こすことで始まります。しかし、電子が原子核から隣の原子核に移動する間、多くの
場合、原子核の位置は全く変わっていないように見えます。それは、原子核と電子では質量が大きく異なり、速度差が非常に大きいからです。化学反応を理解する上で、分子内の電子の動きを
リアルアイムで詳細に観測することは重要ですが、それにはアト秒（1アト秒は100京分の1秒＝10－18秒）領域の極めて速いシャッタースピードをもつ短い波長のパルスが必要です。しかし、充分な
明るさを持つアト秒パルスは発生が困難であり、また、それで得られる情報を取得する手法も開発されていませんでした。
理研の研究チームは、ここ約10年の間、分子内の電子の動きを直接観測するために、「高強度のアト秒パルス列の発生法」と、アト秒パルスの電場波形の測定と分子の非線形応答の両方が
得られる手法である「アト秒非線形フーリエ分光法」の開発を行ってきました。理研独自の高強度アト秒パルス発生法に、高安定で高精度なアト秒領域の空間分割型干渉計と高い信号/雑音比が
得られる速度投影型運動量画像計測装置を組み合わせることで、アト秒領域の電子状態の変化を観測することに挑みました。
研究チームは、この観測手法を用いて、500アト秒の周期で起きる窒素分子内の電子状態の変化を直接観察することに成功しました。開発した手法を用いることで、化学反応を電子レベルで
理解することが可能になります。将来的には、紫外線照射時のDNA損傷メカニズムの解明、触媒反応の基礎反応過程の解明、光合成反応初期過程の解明などにつながるものと期待されます。
さらに、アト秒領域の電子運動を自由に操作できるようになれば、化学反応を自在に制御でき、これまでにない性質をもつ物資の作成が可能になるかもしれません。
3:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:11:56.87 ctIgxCru.net
ふぅん、なるほど。よくわかった。
4:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:15:21.62 pWim5A0e.net
誰にも解らないと思って、また適当なこと言ってる。
5:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:15:39.18 I/6KB07S.net
他国のレベルがどうなのかしらんが、ほんと驚異的だね。
広い分野での独占的な商売に結びついてくれることを祈るばかり。
6:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:15:57.22 IyRGgnYY.net
また改ざんデータって猜疑心
7:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:27:10.53 0go8IBUi.net
それがわかめスープと何の関係があるんだ？
8:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:40:13.66 gRQt+ZLM.net
＞‥‥が可能になるかもしれません。
いや、ならんだろｗ
9:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:52:13.89 RKNTadat.net
光は波長（周波数帯）により速度が異なる
反射するときも、また分離するときも波長によりそれぞれ違う
合成と分離するときの違いを説明しないと定義が成り立たない
10:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 15:54:38.24 dNg5PKO9.net
アト秒の時間分解能がなくても分かることばかりなり
11:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 16:07:56.98 4GVGapv/.net
だからアト何秒なんだよってばよ
12:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 17:23:13.44 A3hL/84+.net
>>11
あとアト秒
13:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 18:19:48.15 xP+mne3r.net
>>9
＞光は波長（周波数帯）により速度が異なる
真空中の光速度は波長によらず一定だが、何の話をしてるんだ？
14:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 18:23:24.52 JIkKgLco.net
>>13
自分で答えを言ってるじゃん
光と相互作用する分子があるってことは「真空中」じゃないぞ
15:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 18:52:05.00 xP+mne3r.net
>>14
分子と分子の間は真空だろ。
分子スケールの話をしてるんだから、気体なら無視できる話。
そもそも
＞反射するときも、また分離するときも波長によりそれぞれ違う
＞合成と分離するときの違いを説明しないと定義が成り立たない
も意味不明
反射はともかく合成とか分離とか何のことを言っている？
波長により何が違う？光速度？
そもそも>>1は光速度に依存する話なのか？
>>9を書いたのはエセ科学のような気がする。
16:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 19:03:55.29 JIkKgLco.net
>>15
またも自分で答えを書いているが
分子と分子の間は真空なんだから
波長によって異なってくるのは
「分子と光とが相互作用するのに必要な時間」に他ならない
だから>>1が波長と無関係ということはありえないだろう
>>9の言ってることが適切かどうかは俺にはわからんが
17:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/09/27 23:38:44.18 hbpKhVHs.net
あと何秒？