Investigating the shape of reactive potential energy surfaces using ultrafast coherent vibrational spectroscopy

使用超快相干振动光谱研究反应势能表面的形状

• 批准号: 21H01895
• 负责人: 倉持 光
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Institute for Molecular Science
• 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-21H01895/
• 关键词: 超高速分光; 電子励起状態; 多次元分光; コヒーレンス; 非線形分光; ラマン分光

本研究課題は振動コヒーレンスをプローブとする先端的な超高速分光法を開発・駆使することで、反応性電子励起状態のポテンシャルエネルギー曲面形状に関する情報を実験的に取得し、化学反応を決定づける電子・構造ダイナミクスを明らかにすることを目的としている。本年度はまず、極限的な時間分解能による超高速分光を実現するための極短パルス光源の開発に取り組んだ。Yb:KGWレーザー再生増幅器を用い、自己位相変調や光パラメトリック増幅などの様々な非線形光学過程を用いることで、紫外-近赤外領域（300 - 1400 nm）において波長可変な広帯域光を発生させた。その出力のパルス幅は、可変形鏡をフーリエ面に配置したパルス整形器などを用いることにより圧縮し、上記のいずれの波長領域においてもサブ10 fsパルス光を得ることが可能となった。また、最短パルスとして可視-近赤外4.5 fsパルスを得た。続いて、これらのパルスを用い、サブ10 fs時間分解能を有する時間分解吸収・ラマン分光装置を構築した。パルス間の遅延時間をnm精度で精密掃引するためのピエゾリニアステージを導入し、レーザー繰り返し周波数と同期してシングルショットでパルスのスペクトルと強度測定を行うための高速ラインカメラシステム、低ノイズ高速フォトダイオードシステムを構築した。また、計測と並行してデータ解析を行える利点があることから、これまで全ての装置の制御と計測をデータ処理ソフトウェアIgorにより行ってきたが、プログラム開発にかける時間を節約するため、これらを全てLabViewに置き換えた。以上に加え、実験室環境および用いる光学素子・マウントの最適化により、世界最高性能を有する時間分解吸収・ラマン分光装置を完成させることができた。

This research topic は vibration コ ヒ ー レ ン ス を プ ロ ー ブ と す る apex of な ultra-high-speed spectrometry を open 発 · 駆 that す る こ と で, anti 応 electronic excited state の ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー surface shape に masato す る intelligence を be 験 に obtain し, chemical anti 応 を decided づ け る, electronic structure, ダ イ ナ ミ ク ス を Ming ら か に す る こ と を purpose と し て Youdaoplaceholder0 る. This year は ま ず, limit な time decomposition can に よ る ultra-fast spectral を be presently す る た め の very short パ ル ス light の open 発 に group take り ん だ. Yb: KGW レ ー ザ ー regeneration rights of を use い, their phase - adjustable や light パ ラ メ ト リ ッ ク rights of な ど の others 々 な を nonlinear optical process with い る こ と で, uv - nearly bare outside areas (300-1400 nm) に お い て wavelength can be - な hiroo 帯 domain light を 発 raw さ せ た. そ の output の パ ル ス は picture, to - shaped mirror を フ ー リ エ surface に configuration し た パ ル ス dresser な ど を with い る こ と に よ り 圧 shrink し, written の い ず れ の wavelength domain に お い て も サ ブ 10 fs パ ル ス を too light る こ と が may と な っ た. Youdaoplaceholder0, shortest パ スと スと て て visual - near red outer 4.5 fsパ スを スを た. 続 い て, こ れ ら の パ ル ス を い, サ ブ 10 fs time decomposition can have す を る time decomposition 収 · ラ マ ン spectroscopic device を build し た. Between パ ル ス の 遅 delay between を nm accuracy で precision sweep す る た め の ピ エ ゾ リ ニ ア ス テ ー ジ を import し, レ ー ザ ー Qiao り return し cycle for the same period と し て シ ン グ ル シ ョ ッ ト で パ ル ス の ス ペ ク ト ル と intensity measurement line を う た め の high-speed ラ イ ン カ メ ラ シ ス テ ム, low ノ イ ズ high-speed フ ォ ト ダ イ オ ー ド シ ス テ ム を build し た . ま た, measuring と parallel し て デ ー タ parsing line を え る tartness が あ る こ と か ら, こ れ ま で full て の device の suppression と measuring を デ ー タ 処 Richard ソ フ ト ウ ェ ア Igor に よ り line っ て き た が, プ ロ グ ラ ム open 発 に か け る time を save す る た め, こ れ ら を full て LabView に buy き in え た. Above に え, be 験 room environment お よ び with い る optical element child · マ ウ ン ト の optimization に よ り, the world's highest performance を す る time decomposition 収 · ラ マ ン spectroscopic device を complete さ せ る こ と が で き た.

项目成果

Skeletal structure of the chromophore of photoactive yellow protein in the excited state investigated by ultraviolet femtosecond stimulated Raman spectroscopy

紫外飞秒受激拉曼光谱研究激发态光活性黄色蛋白发色团的骨架结构

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.1c02828
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Physical Chemistry B
• 影响因子: 3.3
• 作者: H. Kuramochi;S. Takeuchi;H. Kamikubo;M. Kataoka;T. Tahara
• 通讯作者: T. Tahara

数サイクルパルスを用いた極限分光計測による複雑分子系のフェムト秒構造化学研究

使用多周期脉冲通过极限光谱对复杂分子系统进行飞秒结构化学研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 五月女 光;長坂 龍洋;小西 龍生;鎌田 賢司;森本 正和;入江 正浩;宮坂 博;倉持光
• 通讯作者: 倉持光

数サイクルパルスで観る機能性複雑分子の超高速電子・構造ダイナミクス

用少周期脉冲观察功能复杂分子的超快电子和结构动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: 倉持光

Excited-state proton transfer dynamics in LSSmOrange studied by time-resolved impulsive stimulated Raman spectroscopy

通过时间分辨脉冲受激拉曼光谱研究 LSSmOrange 中的激发态质子转移动力学

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c01653
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Physical Chemistry Letters
• 影响因子: 5.7
• 作者: P. Kumar;E. Fron;H. Hosoi;H. Kuramochi;S. Takeuchi;H. Mizuno;T. Tahara
• 通讯作者: T. Tahara

Femtosecond Structural Dynamics of Complex Molecular Systems Studied by Time-Domain Raman Spectroscopy Using Few-Cycle Pulses

使用少周期脉冲的时域拉曼光谱研究复杂分子系统的飞秒结构动力学

• DOI: 10.3175/molsci.15.a0117
• 发表时间: 2021
• 期刊: Molecular Science
• 作者: Safar Matthew;Saurabh Ayush;Sarkar Bidyut;Fazel Mohamadreza;Ishii Kunihiko;Tahara Tahei;Sgouralis Ioannis;Presse Steve;安達大貴，大澤萌香，奥村拓馬，松本 淳，寺本高啓，久間晋，歸家令果，東 俊行;Kuramochi Hikaru
• 通讯作者: Kuramochi Hikaru