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関西光科学研究所 | プレス発表:レーザー光が引き起こす分子内電子分布の超高速変化を捉えた! ―化学反応の「オンデマンド制御」実現へ前進―

掲載日:2019年5月17日更新
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関西光科学研究所 >> プレス発表 >> レーザー光が引き起こす分子内電子分布の超高速変化を捉えた! ―化学反応の「オンデマンド制御」実現へ前進―

 

プレス発表

令和元年05月17日
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

【発表のポイント】

  • 振動するレーザー光の電場に応答して、分子内部の電子分布が変化する様子を、精密な実験と量子力学に基づく理論計算を用いて明らかにした。
  • レーザー光を使って分子を直接操作し、望み通りの位置やタイミングで化学反応を起こす「オンデマンド制御」の実現につながる成果。

【概要】

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(理事長 平野 俊夫 以下「量研」という)量子ビーム科学部門関西光科学研究所光量子科学研究部超高速光物性研究グループの赤木 浩上席研究員、乙部 智仁主幹研究員、板倉 隆二グループリーダーは、強いレーザー光に晒されたエタノール分子から放出される電子とイオンを精密に観測し、得られたデータを量子力学に基づく理論計算で検証しました。その結果、分子内部で電子の分布が、フェムト秒の時間スケールで振動するレーザー光の電場に応答して変化することを初めて明らかにしました。本成果は分子内部の電子をレーザー光で直接制御できることを意味しており、今後、ピンポイントで化学反応を起こす革新的な化学物質創製技術等への応用が期待されます。

分子の中では、原子どうしをつなぐ役割を電子が果たしています。分子の中で電子がどのような分布をしているかを意味する分子軌道の形によって、分子の状態や化学反応の起こりやすさが決まります。レーザー光は電磁波であり、その電場によって分子内の電子の状態、すなわち分子軌道に直接働きかけることが可能です。分子軌道の形は、レーザー光に晒された際に、分子の各場所から電子が飛び出す確率を測定することで明らかにされてきました。しかし、分子軌道の変形を明確に捉えた研究例はありませんでした。

そこで本研究チームが開発した、レーザー光に晒された分子から放出される電子とイオンの方向と速度を精密に計測する装置を使用して、エタノール分子を対象とした測定を行いました。レーザー光を照射して飛び出した電子とイオンの計測を行い、それぞれの方向、速度データを精密に処理した結果、分子の各場所から電子が飛び出す確率を、非常に高い精度で求めることに成功しました。実験で得られたデータを、量子力学に基づく理論計算で検証することで、振動するレーザー光の電場に応答して分子軌道の形が変化していることを世界で初めて実証しました。

本成果は、化学結合の出来やすさを決める分子軌道の形を、レーザー光を使って直接操作できることを意味しています。この成果は将来、「分子内のこの結合を切りたい」「ここに化学結合を作りたい」などの要望に合わせて化学反応を起こす「オンデマンド制御」による、革新的な化学物質創製技術につながると期待されます。

本研究成果はアメリカ科学振興協会(AAAS)が発刊するオープンアクセス速報誌『Science Advances』(H. Akagi, T. Otobe, R. Itakura)に2019年5月18日(土)3時00分(日本時間)で掲載されます。

詳細は下記をご参照ください。(国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構のサイトへリンク)
レーザー光が引き起こす分子内電子分布の超高速変化を捉えた! ―化学反応の「オンデマンド制御」実現へ前進―

 

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