Infrared emission mechanism of fullerene C60 and its cosmic abundance

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惑星状星雲において検出されているフラーレンC60分子の赤外発光スペクトルからその物理的環境を定量的に導き出すための基礎データならびにその解析方法を確立する目的で、実験室においてC60分子の赤外発光スペクトルを測定し、4本の赤外活性振動モードの発光バンドの強度比を試料温度に対してプロットするとともに、振動励起準位の占有数の温度変化についてシミュレーションを実施した。スペクトル測定では、これまでのC60単体のペレットに換えて、臭化カリウムKBr基板上に真空蒸着したC60薄膜を用いることにした。これにより、発光強度が飽和する問題を解決するとともに、倍音や結合音によるスペクトル解析に対する複雑さを回避することに成功した。また、赤外分光光度計FTIRの検出器DTGSを摂氏5度まで冷却することにより、室温でも赤外発光の感度を確保できたことから、より広い温度範囲で強度変化の測定が可能になった。さらに、KBr基板のみのスペクトルを測定することにより、温度変化に際してのバックグラウンド発光の変化の影響を除去することに目処がつき、従来のグラファイトを擬似黒体とする赤外強度の校正がより効果的に機能するようになった。赤外発光強度のシミュレーションについては、実験的に赤外発光が観測されている室温から摂氏120度までの温度範囲で振動励起状態の熱平衡分布を調べる必要があるが、その温度では倍音や結合音の状態が主要な占有状態と予想されることから、まず、C60分子の基準振動数とその縮重度を計算し、それらの組合せから生じる振動励起状態を数えあげるプログラムを作成し、振動4量子励起までの2千万余りの準位について励起エネルギーと縮重度を得た。現在、そのデータを用いてさまざまな温度における占有数分布の違いをシミュレーションし、赤外発光強度の温度変化を計算している。