任意偏光制御超短光パルスによる生体キラル分子構造変化の制御

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波形を整形した光パルスを分子に照射することで、分子の核運動や解離反応、異性化反応を制御する技術をコヒーレント制御という。本研究は、偏光も含めて整形した超短光パルスを利用して、偏光コヒーレント制御を行う。将来的に光物性分野のみならず、生命科学、医療分野への応用も期待できる、キラル分子エナンチオマーの作り替えを実現することを最終目的として研究を遂行した。目的である、分子の異性化反応等の、核の変形を伴う化学反応の制御には、分子核の運動を自在に操作する手法が必須となる。本研究では、核の運動を操作するメカニズムとして、超短光パルスによる、誘導ラマン的な核の振動励起過程を利用した。この振動励起パルスに、パルス内で自在に偏光状態が変化する波形整形パルス(≡ベクトル整形パルス)を利用する。これにより、直線偏光パルスでは区別できないような縮退した振動モードを区別して励起するといった、完全な振動モード選択的励起の実現を狙いとする。本研究の大きな成果の一つとして、これまで困難とされてきたTHz領域のベクトル波形整形を実現し、理論的には実証されている「赤外活性振動モードの直接制御を介したキラルコヒーレント制御」を実現する道を開くことができた。また、もう一つの成果として、ラマン振動モードの完全な選択励起を実現した。対象試料であるアルファ型水晶は、キラリティを持つ結晶で、常温で安定である。しかし、加圧もしくは、加熱すると、アキラルなトリディマイトやコーサイトに相転移する。こういったキラルとアキラルの境界の領域において、振動の選択励起を行うことで、キラル選択的な結晶生成が実現する可能性がある。以上に述べた本研究の成果により、キラル選択的なコヒーレント制御の実現に不可欠な、モード選択的励起の自由度を向上させ、さらに手法の選択肢を広げることができたと考える。