アセチレンの電子励起状態ポテンシャルとシスートランス異性化反応のコヒーレント制御

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アセチレンの三重項電子状態はC=Cの周りを2個のH原子が分子平面内を移動してcis-trans異性化反応を起こす系として理論家によって予測されて以来、それを実証しようと多くの研究者の関心を集めてきたが、本研究ではさらにこの反応を積極的に制御しようとするものである。その方法として、光誘起異性化反応を用いる。すなわち、第1のpumpレーザー光(ω1)で非局在性の強い振電状態に励起し、第2のdumpレーザー光(ω2)でtrans配置に誘導遷移させる。または誘導ラマン効果を用いて中間状態を非共鳴とする方法も考えられるが、光学遷移の選択律のみならず、振動の波動関数の重なり積分が大きくなるような組み合わせを選ぶ必要がある。本件のようにcis(C_<2v>)とtrans(C_<2h>)という異なる対称性を持つ配置間の相互作用を取り扱うためには、D_<2h>に拡張した点群を導入する必要がある。具体的にはcis配置における反対称trans変角振動モードを励起した(B_<1g>)状態から中間状態(B_<1u>)を橋渡しとして、trans配置の振動基底状態(B_<1g>)へポピュレーション移行させるものであるが、始状態としては波動関数が上下方向に広がるtrans変角振動モードの励起が必須となる。また、中間状態を(B_<1u>)とするならば、電気双極子(Au)の選択律から始状態は縮重状態の内、(B_<1g>)の方になる。以上の理論的考察に基づいて、実験ではT_1とT_2間の電子遷移を高分解分光計測することによってcis配置における振動励起状態のスペクトルの検出を試みた。その結果、従来の0-0バンドに加えて、あらたに1-0バンドのスペクトルを検出した。観測したスペクトルの詳細な回転解析によって、観測された振動励起状態はcis配置における全対称cis変角振動モード(v_cis=1:Ag【symmetry】Au)であることが分かった。さらに異性化反応の直接的情報を得るために、T_1状態のtrans変角振動励起状態に対応するスペクトルとして1-1バンド、いわゆるホットバンドの探査を開始した。その結果、新たなバンドを観測することに成功し、その生成・消滅の時間的プロファイルからホットバンドであることを確認した。