質量選択画像観測法による高層大気成分分子クラスターの光吸収－解離反応機構の解明

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高層大気成分(e.g. 二酸化炭素)などはこれまで様々な実験や量子化学計算が行われてきた。高層において低温となる領域では孤立した分子だけでなく、凝集してクラスターとして存在していることが考えられ、高層大気成分の分子クラスターの可視、紫外における光反応過程について研究することは非常に重要である。本研究では高層大気成分の分子クラスターについて解離反応にともなう分子の構造変化(分子回転などを含む)の影響をイオン画像観測法を適用して運動エネルギー放出(KER)や異方性パラメータを求め、その解離機構を解明することを目的とする。これまでに、二酸化炭素二量体正イオンについて可視光解離を行い、解離イオンである二酸化炭素正イオンについて画像観測を行い、解析により2種類のKERを持つことを確認した。得られた実験結果について量子化学計算を用いて2種類の解離経路について検証を行った。基底状態、励起状態のポテンシャルエネルギー曲面をCASSCF計算により求め、励起後に大きなKERを与える速い解離性のポテンシャル面と解離に時間を要することが考えられる井戸型のポテンシャル面を新たに発見し、実験結果を支持する計算結果が得られた。さらに詳細な解離過程を得るため、分子動力学シミュレーションを行い、その結果として速い解離と遅い解離では異なるポテンシャルを経ることにより解離時間に差が生じていることが明らかとなった。また、以上の結果はPCCP誌に報告した。上記以外にも一酸化窒素のクラスター正イオンや水と酸素からなる錯体イオンなどについて画像観測実験や量子化学計算を行っている他、前者については論文投稿へ向けて準備を進めている。また、メルボルン大学との共同研究として窒素クラスターイオンの光解離実験に向けてより大量にイオンを生成できるイオン源の製作に成功し、光解離画像の取得へ向けた実験を実施した。