お知らせ
2007/01/10
研究成果
原子や分子を構成する電子や原子核との間に働くクーロン場に匹敵するほどの高い強度を持つ強レーザー場における分子は、弱い光の中では見られない特異なふるまいを示す。特に、強レーザー場で分子内の電子に強い擾乱を与えることによって分子の形状が変化することが見いだされており、光による化学反応コントロールの新たな手法として注目されている。今回研究チームでは、分子座標系においてレーザーの偏光方向を変化させ電子を揺さぶる方向を変えることによって、強レーザー場による分子構造の制御に成功した。
強いレーザー場（～1015 W/cm2）におかれた分子は、多重イオン化によるクーロン爆発・解離を起こす。クーロン爆発で生成したフラグメントイオンの運動量は爆発直前の分子構造を鋭敏に反映するため、イオンの運動量計測から強レーザー場中における分子の構造変形を調べることができる（図１）。また同時に運動量から、レーザー場と相互作用している間、分子がどの方向を向いていたかも決定可能である。このことに着目した研究チームは、新たに導入した10フェムト秒領域の極短パルスレーザー (12 fs, 2×1014 W/cm2) を用いて、単一分子からのクーロン爆発事象毎に運動量計測を行い、レーザー偏光方向に対する分子の向きによって、その運動量がどのように変化するのかを調べた。その結果、平面構造を持つ硫化水素（H2S）において、分子平面に垂直にレーザー偏光方向が向いている場合は構造に変化がほとんど見られないのに対し、平面に平行の場合はその構造が偏光方向にそって伸張することが明らかとなった（図２）。この成果は、波形成形レーザーパルスを用いた反応コントロールに新たな指針を与えるものである。この研究は科学技術振興機構との共同研究として行われ、米国物理学会のPhysical Review Letters誌に発表された。
A. Hishikawa, E.J. Takahashi, A. Matsuda, Phys. Rev. Lett. 97, 243002 (2006).
図1：強レーザー場における分子クーロン爆発。
図2：極短パルス強レーザー場(12 fs, 2×1014 W/cm2) 中H2Sに対する(a)運動量角θ12および(b)解放運動エネルギーEkinのレーザー偏光方向依存性。分子座標系におけるレーザー偏光方向によって、分子構造の変形の様子が異なることがわかる。
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