フェムト秒時間分解光熱変換分光法による電極界面での電荷移動過程の研究

飞秒时间分辨光热转换光谱研究电极界面电荷转移过程

• 批准号: 11118219
• 负责人: 北森 武彦
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11118219/
• 关键词: フェムト秒表面熱レンズ分光法; 過渡反射法; 超高速電荷移動; 電極溶液界面; 非平衡電子

我々は光反射配置のフェムト秒過渡反射法を用いて、これまで観測された例のない超高速な電荷移動過程を見いだしてきた。この過程は、フェムト秒光パルスにより電極内部に生成した非平衡状態の高エネルギー電子が関与していると考えられる。より詳細な検討のためには、電子を受容するような化学種等で電極を修飾する等の実験が有効である。しかし、これまでの光反射配置では、高い表面精度が求められるために化学修飾電極等の測定が困難であった。そこで本研究では、高い表面精度が必要なく、電極表面での電子移動・エネルギー移動過程などを高感度に測定できる新規な分光分析手法としてフェムト秒表面熱レンズ分光法を開発した。フェムト秒表面熱レンズ分光法では、フェムト秒時間分解を得るためにポンプープローブ法を用いている。本手法では、過渡反射法など従来の時間分解分光法と異なり、ポンプ光とプローブ光の間に数十ミクロンのピント差を与え制御する必要がある。このためのレンズ対を設計して導入した。また、時間分解能を向上させるために群速度分散を補償するプリズム対も導入した。以上の工夫により、350フェムト秒の時間分解で電極溶液界面を計測できる分光法を開発できた。表面精度のよくない高分子基板上の単結晶金薄膜から、従来の反射法以上の信号雑音比で非平衡状態の電子を観測できた。従来法では、溶液の本質的な揺らぎが原因で溶液中の光路長は5mm以下にする必要があり実験上の制約となっていたが、本手法では、溶液中の光路長を40mm以上としても問題なく電極表面を計測できた。測定感度についても、従来の反射法と比較して2桁から3桁ほど向上した。本研究で開発に成功したフェムト秒表面熱レンズ分光法は、様々な形態の電極に適用でき、電極上の電荷移動・エネルギー移動を高感度に計測できるため我々の発見した超高速電荷移動過程の詳細を検討する上でおおきな利点をもつ手法である。

I 々 は light reflection configuration の フ ェ ム を ト second transition reflection method with い て, こ れ ま で 観 measuring さ れ た example の な を see い い super-fast な charge mobile process だ し て き た. は こ の process, フ ェ ム ト second light パ ル ス に よ り electrode internal に generated し た non-equilibrium state high の エ ネ ル ギ ー electronic が masato and し て い る と exam え ら れ る. Beg の よ り detailed な 検 た め に は, electronic を let す る よ う な chemical kind で を modified electrode す る etc. の be 験 が have sharper で あ る. し か し, こ れ ま で の light reflection configuration で は and high surface precision が い め ら れ る た め に determination of chemical modified electrodes の が difficult で あ っ た. そ こ で this study で は, high surface precision が い necessary な く, electrode surface で の electronic mobile · エ ネ ル ギ ー movement な ど を Gao Gan degrees に determination で き る new rules な spectral analysis technique と し て フ ェ ム ト seconds surface heat レ ン ズ spectrometry を open 発 し た. フ ェ ム ト seconds surface heat レ ン ズ spectrometry で は, フ ェ ム ト seconds time decomposition を る た め に ポ ン プ ー プ ロ ー を ブ method with い て い る. This technique で は, transition reflection method な ど 従 to の time breakdown spectrometry と different な り, ポ ン プ light と プ ロ ー ブ between light の に dozens ミ ク ロ ン の ピ ン ト poor を and え suppression す る necessary が あ る. <s:1> ため ため レ ズ ズ ズ for を design <s:1> import た た. Youdaoplaceholder0, time decomposition can を upward させるために group velocity dispersion を compensation するプリズム is introduced into <s:1> た. Above の time に よ り, 350 フ ェ ム の ト seconds decomposition で electrode solution interface を measuring で き る spectrometry を open 発 で き た. Surface precision の よ く な い polymer substrate の 単 crystal gold film か ら, 従 の の signal reflection method above 雑 sound than the non-equilibrium state で の electronic を 観 measuring で き た. 従 to method で は and the nature of solution の な 揺 ら ぎ が reason で solution の optical path length in less than 5 mm は に す る necessary が あ り be 験 constraints の と な っ て い た が, this technique で は, solution の optical path length in over 40 mm を と し て も problem な く を electrode surface measuring で き た. To measure the sensitivity, に に て て て and 従 are used to <s:1> reflectometry と to compare the <s:1> て2, ら ら, ほ and ほ upward た た. This research で open 発 に successful し た フ ェ ム ト seconds surface heat レ ン ズ spectrometry は, others 々 な form の に electrode is で き, electrode の charge mobile エ ネ ル ギ ー mobile を Gao Gan degrees に measuring で き る た め I 々 の 発 see し た ultra-high-speed mobile charge process detailed を の beg す 検 る on で お お き な tartness を も つ gimmick で あ る.

项目成果

A. Hibara et al.: "Ultrafast Electron Transport Phenomena in Highly Excited Gold Film"Journal of Luminescence. 83-84. 33-36 (1999)

A. Hibara 等人：“高激发金膜中的超快电子传输现象”发光杂志。

A. Hibara et al.: "Direct Measurements of Femtosecond Energy Dissipation Processes of Hot electron in a Gold film"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2983-2987 (1999)

A. Hibara 等人：“金膜中热电子飞秒能量耗散过程的直接测量”日本应用物理学杂志。

T. Morishita et al.: "Ultrafast Charge Transfer at TiO_2/SCN-(aq) Interfaces Investigated by Femtosecond Transient Reflecting Grating Method"Journal of Physical Chemistry B. 103. 5984-5987 (199)

T. Morishita等：“通过飞秒瞬态反射光栅法研究TiO_2/SCN-(aq)界面上的超快电荷转移”物理化学杂志B. 103. 5984-5987 (199)