coherent control of molecular vibrations in the ultra-strong coupling regime

超强耦合状态下分子振动的相干控制

• 批准号: 21H01890
• 负责人: 香月 浩之
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01890/
• 关键词: 振動ポラリトン; 強結合状態; 超高速分光; 液晶分子; 超強結合状態; コヒーレント制御

液晶分子の配向に依存したラビ分裂の変化を観測することに成功し、キャビティ外部での液晶のネマティック相とキャビティ中でポラリトンを形成している場合でその配向分布に違いが現れることが発見された。明確な定量的な評価はできていないが、振動キャビティ中で明らかにされている他の事象（化学反応の反応時定数変化やポリマーのモルフォロジー変化）と同様に、基底状態のポテンシャルが局所的に歪むことにより、分子内や分子間にかかる力に変化が現れて、その結果配向分布にも影響が現れていると考えられる。振動ポラリトン状態のポンププローブ分光手法の開発では、これまで問題となっていた、ミラー表面に中赤外光を集光することによるミラーコーティング損傷の問題について、従来の金薄膜+保護膜(SiO2)の構造から、誘電体周期多層膜を用いたDBRミラーを導入することで、安定したポンププローブシグナルの測定に成功した。今後さらにデータの測定を進めて、振動ポラリトンダイナミクスの解明を目指す。また、重水(D2O)にサンプル分子を微量溶かした状態でD2Oの対称伸縮モードを超強結合状態（ラビ分裂~550cm-1）にすることに成功し、さらにシフト後のポラリトン準位とサンプル分子の振動モード間の新たな相互作用による分裂を確認することができた。この手法は溶媒中に少量溶かした試料、という最もありふれた環境において、溶媒分子を強結合させることで、溶媒分子のエネルギー準位をシフトさせ、キャビティ中では起こり得なかった、エネルギー的に離れた溶媒と溶質のエネルギー準位を共鳴させて混成させることが可能であることを示している。溶質分子自体は少量であるため、強結合状態にはなっていないが、中赤外光子＋溶媒振動+溶質振動という３つの準位が混ざり合った状態がキャビティ中で実現できることを示した。今後、緩和ダイナミクスなどの測定を行う予定である。

我们已经成功地观察到依赖于液晶分子取向的犹太分裂的变化，并发现当腔体外部液晶的列相和偏振子在腔体中形成时，方向分布的差异会出现。尽管尚未进行明确的定量评估，但人们认为，就像振动腔中揭示的其他事件（化学反应中的反应时间常数变化和聚合物的形态变化）一样，基态状态潜在的局部变形在分子内部和分子之间施加的力的变化，从而导致对方向分布的影响。 In the development of a pump probe spectroscopy method in the vibration polariton state, we have successfully measured stable pump probe signals by introducing a DBR mirror using a dielectric periodic multilayer film, which has been a problem with the previously problem of damage to mirror coatings caused by condensing mid-infrared light onto the mirror surface, from the conventional structure of a thin gold film + protective film (SiO2).我们将来将继续进一步测量数据，以阐明振动偏振元动力学。此外，当样品分子以少量溶解在重水中（D2O）中时，我们成功地将D2O的对称拉伸模式变成了超长状态（Rabbi裂变〜550cm-1），此外，我们能够确认由于移位后极地层次和远景模式之间的新相互作用。该技术表明，在最常见的环境中，在溶剂中以少量溶解的样品中，有可能将溶剂分子牢固地粘合，以移动溶剂分子的能级，从而使溶质的能量水平共鸣和杂交溶质的能量水平不可能发生。尽管溶质分子本身是少量的，但它并不处于较强的键状态，但已表明，可以将三个级别的中红外光子，溶剂振动和溶质振动混合在一起的状态可以在空腔中实现。将来，我们计划衡量放松动态和其他因素。

项目成果

有機半導体励起子ポラリトンの緩和ダイナミクス

有机半导体中激子极化激元的弛豫动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 砂田 峻吾;松内 秀直;香月 浩之;柳 久雄
• 通讯作者: 柳 久雄

Influence of Vibrational Strong Coupling on an Ordered Liquid Crystal

振动强耦合对有序液晶的影响

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c04004
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Stemo Garrek;Yamada Hayata;Katsuki Hiroyuki;Yanagi Hisao
• 通讯作者: Yanagi Hisao

研究内容紹介(量子状態の時空間ダイナミクスの観測と制御)

研究内容介绍（量子态时空动力学观测与控制）

Observation of vibrational polaritons in ordered and isotropic 8CB liquid crystals

有序且各向同性 8CB 液晶中振动极化子的观察

• 发表时间: 2022
• 作者: Stemo Garrek;Yamada Hayata;Katsuki Hiroyuki;Yanagi Hisao
• 通讯作者: Yanagi Hisao

振動ポラリトン測定用光共振器のキャビティ長制御法の開発

振动极化子测量光学谐振腔腔长控制方法的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: 山田 隼大;Garrek Stemo;香月 浩之;柳 久雄
• 通讯作者: 柳 久雄