Spatial separation of molecular clusters by the Stark effect and its spectroscopic study

斯塔克效应分子簇的空间分离及其光谱研究

• 批准号: 20J01021
• 负责人: 中村 雅明
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01021/
• 关键词: 量子状態選別; 分子クラスター; シュタルク効果

本研究の最初の目標はシュタルク効果を利用した分子や分子クラスターの量子状態選別である。永久双極子を持つ分子が電場の中に置かれたとき、分子はそのエネルギーに摂動を受ける。これをシュタルク効果と呼ぶ。気相の分子が不均一な電場を通過するとき、位置によって分子の感じるシュタルクポテンシャルの傾斜からその飛行軌道が変化するが、この時分子の感じる力はその量子状態や永久双極子に依存するために、分子やクラスターを空間的に分離することができる。このシュタルク効果による飛行軌道の変化は理論的に予測が可能であり、初年度の目標はこのシミュレーションプログラムの作成であった。これは実験結果との照らし合わせによって、相互にその量子状態選別の結果を確認するためのものであり、また将来においては新しい実験の設計のための基礎となる道具でもある重要なものである。過去には実験毎にプログラムを用意してきたが、汎用性の高いものを作れば使いまわせるロジックは多く、バグの混入も避けられると期待できる。プログラム設計としては実験装置の配置を表現する部分、分子のシュタルク効果を見積もる部分、実際にモンテカルロシミュレーションを実行する部分に分けることで、装置の改良や新しい分子の導入も少ない労力で表現することを可能にした。シミュレーションプログラムの実装には Julia 言語を用いている。これまでに実装の確認として過去の別グループによる計算を再現できた。(de Nijs, A. J. et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13 (42), 19052., Ohoyama, H. et al. J. Phys. Chem. 1995, 99 (37), 13606-13610. )今後は当研究室の実験結果を増やしてより詳細な評価を行っていく。

这项研究的第一个目标是使用Stark效应的分子和分子簇的量子态选择。当将带有永久偶极子的分子放置在电场中时，它的能量会扰动。这称为鲜明效应。当气相中的分子穿过不均匀的电场时，其飞行轨迹从巨大潜力的斜率变化，该斜率取决于其位置，但是分子在此时感应的力取决于其量子状态和永久偶极子，从而使分子和clusters和clusters允许空间分离。理论上可以预测由于这种鲜明效果而导致的飞行轨迹的变化，第一年的目标是创建此模拟程序。这对于通过将量子状态选择的结果与实验结果进行比较非常重要，并且也是设计新实验的基本工具。过去，我们已经为每个实验准备了程序，但是如果我们创建了高度的东西，则可以重复使用很多逻辑，并且可以预期可以避免错误。通过将程序分为代表实验设备布局的部分，估计分子的鲜明效果的一部分以及实际执行蒙特卡洛模拟的部分，可以在很少努力的情况下表达对设备的改进和引入新分子的方法。模拟程序是使用朱莉娅语言实施的。到目前为止，我们已经能够复制其他小组的计算，以确认实施。 （De Nijs，A。J.等人，物理学化学物理学，2011，11，11，11，11，11，11，11，19052年。