レーザー照射でヨウ素分子の原子間距離が変わる―フェムト秒X線光電子回折法使って見つける：高エネルギー加速器研究機構ほか
(2016年12月12日発表)
高エネルギー加速器研究機構(KEK)などの共同研究グループは12月12日、播磨科学公園都市(兵庫県)にあるX線自由電子レーザー(XFEL)施設「SACLA」を使った実験で、気体のヨウ素分子の原子間距離がレーザー照射で伸びることを見つけたと発表した。
実験に参加したのは、超高速で進行する光化学反応を可視化する「分子ムービー」の実現に取り組んでいる高エネ研と東京大学、立命館大学、千葉大学、京都大学、(国)量子科学技術研究開発機構、(国)理化学研究所、(公財)高輝度光科学研究センターの各研究陣。
光を照射することで物質に化学変化を起こす分子光化学反応は、光スイッチ、光メモリーなどに既に利用されているが、超高速分子光化学反応の原理はまだ解明されていない。そこで、ピコ秒(一兆分の1秒)からフェムト秒(千兆分の1秒)で進行する分子光化学反応を可視化しようという「分子ムービー」の開発が世界の分子科学者のホットな研究課題になっている。
同研究グループは、フェムト秒Ｘ線光電子回折法と呼ばれる手法によりその分子ムービーの開発に挑戦しており、今回の成果はその研究の過程で得られた。
X線光電子回折法は、サンプル分子の特定の原子から放出される光電子の波と、同じ分子内の隣の原子からの電子波との干渉で得られるX線光電子回折像を利用して原子構造を決める手法のこと。
「SACLA」は、日本初のXFEL施設で、X線のレーザー光を発生させ、それを使って物質の極めて速い動きや変化の仕組みを原子レベルで解明する研究に使われている。
今回の実験は、気体のヨウ素分子にYAGレーザー(やぐレーザー＝イットリウム、アルミニウム、ガーネットでできた固体レーザー)のパルスを照射して分子の方向を揃え、同時にXFELのパルスを浴びせてＸ線光電子回折像を測定する方法で行われた。
その結果、ヨウ素分子の原子間距離が通常より10％、0.2～0.3Å(オングストローム、1Åは100億分の1m)伸びていることが見つかった。
高エネ研は、「今回は赤外パルスYAGレーザーを用いたが、光化学反応を誘起するポンプ用の短パルスレーザーを導入することで、超高速光化学反応を可視化できる可能性がある。この成果により、分子ムービーの実現へ大きく前進した」といっている。
