液滴粉砕による新規試料導入法を用いた精密ナノ物質の電子物性と構造の解明

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赤外レーザー加熱による液滴の粉砕過程を、CCDカメラと可視光パルスレーザーを用いた時間分解画像観察により詳細に調べた。さらに、イオン生成過程を真空槽中に設置した電極と電流計を用いたイオン電流値測定により調べた。液滴を蒸発させる際に1本のレーザーを用いると飛沫がレーザー下流方向に生成するのに対して、2本の赤外レーザーを対向照射することで液滴からの飛沫の空間的広がりを抑制可能であることを示した。イオン電流値はレーザーの出力向上とともに単調に増大し、2本のレーザーの対向照射により真空槽への導入効率の向上が可能であることを示した。照射するレーザー光の波長を変化させた場合に液滴の粉砕の様子が変化し、水の吸収極大付近では液滴の表面付近のみが選択的に加熱され効率的にイオンが脱離するのに対して、吸光度の低下に伴い液滴全体が加熱されるようになりイオン脱離量が低下し、吸収帯の端付近では液滴を透過したレーザー光が集光されプラズマが発生することが分かった。これらの結果はソフトイオン化への適用に際し水の吸収極大付近のレーザーの対向照射が有効であることを示している。加えて、水溶性色素(Sulforhodamine G)を溶かした液滴を粉砕し、色素からの発光を観察することで液滴粉砕過程を詳細に調べた。これにより、液滴粉砕の初期段階において蒸気がレーザー上流方向に放出され、その反作用で微小液滴がレーザー下流方向に生成することを明らかにした。可視光パルスレーザーを用いて散乱光を直接観察した場合にはある程度大きい飛沫からの散乱光の寄与が大きいのに対し、水溶性色素からの発光は原理的には蒸気・飛沫の分布に比例するため、赤外レーザーの照射を受けた面は水蒸気や微小な飛沫、反対側には比較的大きい飛沫が形成されたことを示している。このことから、赤外レーザーの照射を受けた面で赤外光が吸収され高温になった一方で、反対側は比較的温度が低いことが示唆される。