Study of charged interfaces by time-resolved heterodyne-detected sum-frequency generation spectroscopy

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まず、界面のダイナミクス研究において最も基本的な量である、空気／水界面のOH伸縮振動の振動励起状態寿命（T1）の信頼性の高い値を決定するため、振動励起とともに現れる振動励起状態のOH伸縮バンドの時間変化を、ヘテロダイン検出振動和周波発生（HD-VSFG）分光の時間分解測定で直接観測した。これまで進めてきた水素結合したOHのT1決定に加えて、高波数領域の空気側に突き出したフリーOHのT1の測定を行い、全OH伸縮振動領域でT1を決定した。この結果、水素結合した界面のOHのT1はバルクの水とほぼ同じ値（200-400 fs）を取り、バルク同様振動数が高くなるにつれ大きくなる傾向を示すことがわかったが、これに対してフリーOHのT1は著しく大きい約1psで、両者の振動緩和の機構が本質的に異なることを示唆した。得られた包括的な実験結果を振動緩和の理論と組み合わせて議論する論文の執筆を開始した。また、英国インペリアルカレッジのBakulin博士の研究グループとの共同でHD-VSFG分光を用いてペロブスカイト（MAPbBr3）太陽電池のモデル界面構造を研究し、MAPbBr3のメチルアンモニウムカチオン(MA)が正孔輸送層であるspiro-MeOTADとの界面で配向していることを見出し、これを論文化した（W. Sung et. al. Mater. Horiz. 2020）。さらに、2つの広帯域のフェムト秒赤外パルスの干渉を利用して振動励起する干渉型2D HD-VSFGの装置を完成させ、ガラス基板に固定したアルキル鎖分子のCH伸縮領域の2D HD-VSFG測定を行って装置性能を確認した。データ取得のプロトコル等に改善の余地があるが、狭帯域赤外ポンプ光を用いる従来の装置を遙かに超える、時間分解能100 fs、励起振動数分解能25 cm-1を達成した。