近赤外時間分解分光法による『束縛の弱い電子』の観測

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本研究の目的は、溶媒和電子の発生初期過程の過渡吸収スペクトルをマルチチャンネル測定する超高速可視近赤外時間分解分光光度計を開発し、溶媒中に発生させた電子が溶媒和される過程の動力学を明らかにすることである。平成30年度は、平成29年度に測定した「溶媒分子を二光子イオン化することで液体中に発生した電子の時間分解スペクトル」の測定を引き続き行って精度を上げ、その解析を行った。水(H2O)分子を波長250 nmのパルス光によって二光子イオン化させた際に発生した電子の時間分解吸収スペクトルに関しては安定してデータ測定を行うことができ、昨年報告したデータよりも誤差の小さい値を報告するに至った。また本年度はあらたに、スペクトルの幅および強度の議論をまとめた。新しいデータを吟味した結果、水分子のイオン化で発生した電子は200 fs以降、単一の機構で溶媒和されることが示唆された。スペクトルの変化に等吸収点は見られず、溶媒和過程は連続的な変化であると結論付けられた。吸収帯の幅はほとんど変化がなく、定性的に吸収極大より低エネルギー側の幅が500 fs以下の時間で減少することが見て取れた。吸収強度の時間変化を求めたところ、時定数200 fsで増加することがわかり、これは前駆体の存在を示唆する結果となった。エタノールをはじめとする単純な構造のアルコールについて、同様の実験を行った。しかし、水の場合と異なり、資料励起用のポンプ光と測定用のプローブ光とが重なる時間において非線形光学効果が発生した。そのため、早い時間の議論が困難となる。そのため本年度は水の結果を解釈することに注力した。並行して、ここまで使用していた自作の装置では議論の難しい早い時間( < 200 fs)を調べるための、InGaAsアレイ検出器を用いたフェムト秒時間分解近赤外分光計を、弊研究室内の共同研究者と協力して作成した。