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和田 昭英
大学院理学研究科 化学専攻
教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 理学博士, 東京工業大学
■ 研究キーワード
  • 反応制御
  • レーザー分光

研究活動情報

■ 論文
■ MISC
■ 書籍等出版物
  • 実感する化学（下）
    大西, 洋, 和田, 昭英
    共訳, エヌ・ティー・エス, 2025年02月, 日本語, ISBN: 9784860439255

  • 実感する化学（上）
    American Chemical Society, Fahlman, Bradley D, 大西, 洋, 和田, 昭英
    大西, 洋;和田, 昭英, エヌ・ティー・エス, 2025年02月, 日本語, ISBN: 9784860439224

  • 一瞬の光で反応を制御する
    和田 昭英
    単著, 月刊「化学」, 2007年10月, 日本語
    一般書・啓蒙書

  • 一瞬の光で反応を制御
    和田 昭英
    単著, 日本経済新聞, 2007年08月, 日本語
    その他

■ 講演・口頭発表等
  • ２色変調励起を用いた光定常状態における多色多段階過程の観測(方法の開発) ―アミノアゾベンゼンを例として―
    井上 凜香・福田 開・和田 昭英
    第18回 分子科学討論会, 2024年09月
    ポスター発表

  • 光定常状態における多色多段階反応経路解析のための2色変調励起法の開発―アミノアゾベンゼンを例として―
    井上 凜香, 福田 開, 和田 昭英
    2024年 光化学討論会, 2024年09月
    ポスター発表

  • 変調励起法による光定常状態の観測法の開発 ーアミノアゾベンゼンを例としてー
    井上凜香, 福田開, 和田昭英
    第39回 化学反応討論会, 2024年06月
    ポスター発表

  • ４種の異性体を持つアゾベンゼン誘導体SR7Bにおける多色多段階異性化経路網のマスター方程式を用いた解析
    山本晟雅, 和田昭英
    光化学討論会, 2023年09月, 日本語
    ポスター発表

  • Isomerization pathways in four isomer reaction system of azobenzene derivative SR7B with multi-color excitation
    Akimasa Yamamoto, Akihide Wada
    Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2023年06月, 英語
    ポスター発表

  • Raman spectroscopic analysis on Photoisomerization reaction of 4-aminoazobenzene
    Ryosuke Takagi, Akihide Wada
    Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2023年06月, 英語
    ポスター発表

  • 昇温反応法による時間オーダーの寿命を持つ熱異性化反応のアレニウスパラメータの測定
    瀬古勇次, 和田昭英
    光化学討論会, 2022年09月

  • サイン波強度変調励起によるp-アミノアゾベンゼンの多段階励起反応過程の観測と解析
    福田開, 和田昭英
    光化学討論会, 2022年09月

  • 多色レーザー励起下における多色多段階光反応過程の選択的観測
    岸 佑弥,和田 昭英
    第13回 分子科学討論会, 2019年09月, 日本語
    ポスター発表

  • Selective observation of multicolor multistep photoisomerization reaction in laser excitation
    KISHI, Yuuya, ○WADA, Akihide
    第35回化学反応討論会, 2019年06月, 英語, 東広島芸術文化ホールくらら, 国際会議
    ポスター発表

  • 多色レーザー励起下における過渡吸収の励起波長選択的観測および交差項の観測
    岸 佑弥, 和田 昭英
    2019年第66回 応用物理学会春季学術講演会, 2019年03月, 日本語, 東京工業大学 大岡山キャンパス, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 光定常状態間遷移を用いた過渡吸収分光法の開発およびアゾ系色素の異性化反応への応用
    荒井 仁美, 和田 昭英
    2019年第66回 応用物理学会春季学術講演会, 2019年03月, 日本語, 東京工業大学 大岡山キャンパス, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 多色レーザー励起による多色多段階光反応過程の選択的観測と励起光強度依存性
    岸 佑弥, 和田 昭英
    第21回分子科学討論会2018, 2018年09月, 日本語, 福岡国際会議場, 国内会議
    ポスター発表

  • 光定常状態間遷移に基づいたアゾベンゼン誘導体の異性化反応経路の探索
    荒井 仁美, 和田 昭英
    第21回分子科学討論会2018, 2018年09月, 日本語, 福岡国際会議場, 国内会議
    ポスター発表

  • 光反応経路ネットワークの解析のための白色光励起２次元過渡吸収分光法
    山﨑 緑平, 和田 昭英
    第7回 JACI/GSCシンポジウム, 2018年06月, 日本語, ANAクラウンプラザホテル神戸, 国内会議
    ポスター発表

  • Two-dimensional millisecond transient absorption spectrometer using on/off switching of two-color pump beams and application to isomerization of azobenzene derivatives
    ARAI Hitomi, WADA Akihide
    34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2018年06月, 英語, 量子科学技術研究開発機構 関西光科学研究所 多目的ホール, 国際会議
    ポスター発表

  • Two-dimensional double resonance transient absorption spectroscopy for microsecond observation of multicolor multistep photoreaction
    YAMAZAKI Ryokuhei, WADA Akihide
    34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2018年06月, 英語, 量子科学技術研究開発機構 関西光科学研究所 多目的ホール, 国際会議
    口頭発表（一般）

  • レーザーと白色光励起による二重共鳴２次元過渡吸収分光法を用いた異性化反応のマイクロ秒時間分解測定
    山﨑 緑平, 和田 昭英
    日本化学会 第98春季年会 (2018), 2018年03月, 日本語, 日本大学理工学部, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • レーザーと白色光励起による二重共鳴２次元過渡吸収分光法の開発と多段階異性化反応の選択的観測
    山﨑 緑平, 和田 昭英
    第65回応用物理学会 春季学術講演会, 2018年03月, 日本語, 早稲田大学⻄早稲田キャンパス, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 2色レーザー励起光のON/OFFを用いた過渡吸収分光法の開発とアゾベンゼン誘導体の異性化反応への応用
    荒井 仁美, 和田 昭英
    第65回応用物理学会 春季学術講演会, 2018年03月, 日本語, 早稲田大学⻄早稲田キャンパス, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 白色光励起による時間分解２次元過渡吸収分光法の開発および異性化反応の観測
    山崎 緑平, 和田 昭英
    第11回分子科学討論会2017仙台, 2017年09月, 日本語, 東北大学 川内北キャンパス, 国内会議
    ポスター発表

  • 2色レーザー励起光のON/OFFによるアゾベンゼン誘導体の異性化反応の時間応答の測定
    荒井 仁美, 和田 昭英
    第11回分子科学討論会2017仙台, 2017年09月, 日本語, 東北大学 川内北キャンパス, 国内会議
    ポスター発表

  • 白色光励起２次元過渡吸収分光法による異性化反応の時間分解測定
    山﨑 緑平, 和田 昭英
    第64回応用物理学会春季学術講演会, 2017年03月, 日本語, パシフィコ横浜, 国内会議
    ポスター発表

  • 白色光励起フーリエ変換型２次元過渡吸収分光法(FT-2DTAS)を用いたアゾベンゼン誘導体の異性化反応の時間分解測定
    山﨑 緑平, 和田 昭英
    日本化学会 第97春季年会 (2017), 2017年03月, 日本語, 慶應義塾大学 日吉キャンパス, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • レーザー励起下における白色光励起二重共鳴2次元過渡吸収スペクトルの測定
    山﨑 緑平, 和田 昭英
    第7回サイエンスフロンティア研究発表会, 2016年10月, 日本語, 神戸大学, 国内会議
    ポスター発表

  • レーザー励起下における白色光励起二重共鳴２次元過渡吸収スペクトルの測定
    山崎 緑平, 和田 昭英
    第10回分子科学討論会, 2016年09月, 日本語, 神戸ファッションマート, 国内会議
    ポスター発表

  • Selective Observation of Double Resonance Effect in Fourier TransformTwo Dimensional Transient Absorption Spectrum
    Ryokuhei Yamazaki, ○Akihide Wada
    32nd Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2016年06月, 英語, 大宮ソニックシティ, 国際会議
    ポスター発表

  • On the Branching Ratio of Photoisomerization of 4-Aminoazobenzene
    Neeraj Kumar Joshi, Masanori Fuyuki, Akihide Wada
    第8回分子科学討論会, 2014年09月, 英語, 広島, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • Fourier Transform Two Dimensional Excitation Spectrometer by using Tandem Fabry-Pérot Interferometer
    安西 宇宙, 冬木 正紀, 和田 昭英
    第8回分子科学討論会, 2014年09月, 日本語, 広島, 国内会議
    ポスター発表

  • Polarity Controlled Reaction Path and Kinetics of Thermal Cis-to-Trans Isomerization of 4-Aminoazobenzene
    Neeraj Kumar Joshi, Masanori Fuyuki, Akihide Wada
    30th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2014年06月, 英語, 姫路, 国際会議
    口頭発表（一般）

  • Observation of two-dimensional excitation spectrum using tandem Fabry-Perot interferometer
    Akihide Wada, FUYUKI Masanori
    30th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2014年06月, 英語, 姫路, 国際会議
    ポスター発表

  • Kinetics and Equilibrium of cis-trans Isomers in the Ground State of 4-Amino Azobenzene
    Neeraj Kumar Joshi, 和田 昭英
    分子科学討論会, 2013年09月, 英語, 京都, 国内会議
    ポスター発表

  • Dynamics of two-photon isomerization of DTTCI observed by femtosecond two-pulse correlation measurements
    Koichi Furuta, Masanori Fuyuki, Akihide Wada
    29th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2013年06月, 英語, Toohoku University, 国際会議
    ポスター発表

  • Dynamics of two-photon isomerization of DTTCI observed by femtosecond pump-probe and two-pulse correlation measurements
    Koichi Furuta, Masanori Fuyuki, Akihide Wada
    The XVIth International Conference on Time-Resolved Vibrational Spectroscopy, 2013年05月, 英語, Ooita, 国際会議
    ポスター発表

  • 可視および近赤外域の超短パルスを用いたシアニン色素の多光子反応経路の開拓
    和田 昭英
    第93回日本化学会春季年会, 2013年03月, 日本語, 日本化学会, 滋賀, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 超短パルスを用いたシアニン色素の新規反応経路の開拓と制御
    和田 昭英
    第５回分子科学討論会, 2012年09月, 日本語, 東京大学理学部, 東京, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • DTTCIの２光子歴反応の観測
    和田 昭英
    第５回分子科学討論会, 2012年09月, 日本語, 東京大学理学部, 東京, 国内会議
    ポスター発表

  • New photo-isomerization path of indocyanine green in condensed phase investigated by two-color two-pulse excitation
    和田 昭英
    29th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics, 2012年06月, 英語, 九州大学大学院綜合理工学研究科, 九州, 国際会議
    口頭発表（一般）

  • ２パルス相関法を用いた光異性化反応の研究
    和田 昭英
    強光子場科学研究懇談会, 2011年06月, 日本語, 強光子場研究会, Kobe, Japan, 国内会議
    [招待有り]
    口頭発表（招待・特別）

  • ２パルス励起によるシアニン色素の光異性化反応の制御と新規反応経路の開拓
    冬木 正紀, 古田 康一, 和田 昭英
    第91回日本化学会春季年会, 2011年03月, 日本語, 日本化学会, 横浜, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • ２パルス励起による光異性化反応の制御と新規反応経路の開拓
    冬木 正紀, 古田 康一, 和田 昭英
    第4回分子科学討論会, 2010年09月, 日本語, 分子科学会, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • アト秒間隔で掃引可能な干渉計を用いた2 次元インターフェログラムの観測と屈折率測定
    橋本 恭平, 冬木 正紀, 和田 昭英
    第4回分子科学討論会, 2010年09月, 日本語, 分子科学会, 大阪, 国内会議
    ポスター発表

  • シアニン色素光異性化反応の２パルス励起による制御
    古田 康一, 冬木 正紀, 和田 昭英
    第5７回応用物理学関連連合講演会, 2010年03月, 日本語, 応用物理学会, 東海大学, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • サブフェムト秒の時間分解能を持つ光学的遅延装置の開発と応用
    橋本 恭平, 冬木 正紀, 狩野 覚, 和田 昭英
    第5７回応用物理学関連連合講演会, 2010年03月, 日本語, 応用物理学会, 東海大学, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • Web カメラを用いた簡易型ビームプロファイラー
    高島 月子, 冬木 正紀, 和田 昭英
    第5７回応用物理学関連連合講演会, 2010年03月, 日本語, 応用物理学会, 東海大学, 国内会議
    ポスター発表

  • Two-pulse Correlation and Pulse Shaping Effect on Photoisomerization of DTTCI
    和田 昭英, K. Furuta
    6th Asian Conference on Ultrafast Phenomena, 2010年01月, 英語, Taiwan National University, Taipei, China, 国際会議
    ポスター発表

  • Optical delay line for sub-femtosecond measurement
    K. Hashimoto, S. S. Kano, 和田 昭英
    6th Asian Conference on Ultrafast Phenomena, 2010年01月, 英語, Taiwan National University, Taipei, China, 国際会議
    ポスター発表

  • Optical Control of Excited State Dynamics of DTTCI by Femtosecond Shaped Pulse
    和田 昭英
    Ultrafast Dynamics Symposium, 2010年01月, 英語, National Chiao Tung University, Hsinchu, China, 国際会議
    [招待有り]
    口頭発表（招待・特別）

  • シアニン色素（ＤＴＴＣＩ）の励起状態・光異性化のダイナミクス
    古田 康一, 和田 昭英
    第３回分子科学討論会, 2009年09月, 日本語, 分子科学会, 名古屋, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • サブフェムト秒の時間分解能を持つ光学的遅延回路の開発と応用
    橋本 恭平, 冬木 正紀, 狩野 覚, 和田 昭英
    第３回分子科学討論会, 2009年09月, 日本語, 分子科学会, 名古屋, 国内会議
    ポスター発表

  • Femtosecond two-pulse correlation measurements of photoisomerization of DTTC
    古田 康一, 和田 昭英
    第25回化学反応討論会, 2009年06月, 英語, 東北大学多元物質科学研究所, 大宮, 国際会議
    ポスター発表

  • ハイブリッド型最適化波形整形法によるDTTCIの励起状態制御
    Arnab Halder, 古田 康一, 尾竹郁也, 和田 昭英
    第56回応用物理学関連連合講演会, 2009年03月, 日本語, 応用物理学会, 筑波, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • サブフェムト秒時間分解分光のための光学遅延回路の開発
    橋本 恭平, 狩野 覚, 和田 昭英
    第56回応用物理学関連連合講演会, 2009年03月, 日本語, 応用物理学会, 筑波, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 波形整形パルスによるDTTCIの励起状態制御
    Arnab Halder, 古田 康一, 尾竹 郁也, 和田 昭英
    第69回応用物理学会学術講演会, 2008年09月, 日本語, 応用物理学会, 春日井, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 波形整形パルスによるDTTCIの励起状態制御
    Arnab Halder, 古田 康一, 尾竹 郁也, 和田 昭英
    第2回分子科学討論会, 2008年09月, 日本語, 分子科学会, 福岡, 国内会議
    ポスター発表

  • 最適化波形整形法を用いたDTTCIの励起状態制御
    Arnab Halder, 尾竹 郁也, 和田 昭英
    第24回化学反応討論会, 2008年06月, 日本語, 北海道大学 電子科学研究所, 札幌, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • ハイブリッド型2波長最適化波形整形法の有効性の検討
    尾竹 郁也, 狩野 覚, 和田 昭英
    化学反応討論会, 2008年06月, 日本語, 神戸大学 理学部, 神戸, 国内会議
    ポスター発表

  • Hybrid pulse shaping method for controlling molecular excited states using femtosecond laser pulses
    和田 昭英
    5th Asian Conference on Ultrafast Phenomena, 2008年01月, 英語, The Hong Kong University of Science & Technology, Singapore, 国際会議
    [招待有り]
    口頭発表（招待・特別）

  • GVD dependence of Silicon-photodiode signal intensity
    Y. Tada, 和田 昭英
    5th Asian Conference on Ultrafast Phenomena, 2008年01月, 英語, Singapore National University, Singapore, 国際会議
    [招待有り]
    口頭発表（招待・特別）

  • 励起パルスを併用した2波長最適化波形整形法の有効性の検討
    尾竹 郁也, 狩野 覚, 和田 昭英
    日本化学会春季年会, 2007年04月, 日本語, 日本化学会, 大阪, 国内会議
    口頭発表（一般）

  • 多変量パルス列を用いた励起状態制御：α-ペリレン結晶の励起過程の検討
    和田 昭英
    分子構造総合討論会, 2006年09月, 日本語, 静岡, 国内会議
    ポスター発表

  • 最適化波形整形法を用いた励起状態制御の研究
    和田 昭英
    分光学会中四国地区講演会, 2006年07月, 日本語, 広島, 国内会議
    口頭発表（招待・特別）

■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 近紫外～近赤外の広領域白色光励起による光反応経路網の二重共鳴過渡吸収分光
    公益財団法人ひょうご科学技術協会, 学術研究助成, 神戸大学, 2017年04月 - 2018年03月, 研究代表者

  • 和田 昭英
    学術研究助成基金助成金／挑戦的萌芽研究, 2015年04月 - 2017年03月, 研究代表者
    競争的資金

  • 和田 昭英
    科学研究費補助金／萌芽研究, 2012年04月 - 2014年03月, 研究代表者
    競争的資金

  • 励起・制御光パルスを用いた光異性化反応の制御方法の開発
    和田 昭英
    科学技術振興機構, 産学が連携した研究開発成果の展開/研究成果展開事業/地域事業/地域イノベーション創出総合支援事業/シーズ発掘試験, 2009年 - 2009年
    本研究では、複数の光パルスを使って、従来の光化学ではできなかった反応選択性を実現する手法を開発することを最終目的とする。従来の光化学では、光励起のみを行っているため、励起後は反応系の緩和任せになり様々な副生成物が生成している。本研究では、励起パルスに続いて制御パルスを系に照射することで、励起パルスによって始まった反応を制御パルスにより制御する新しい光化学的手法の可能性を検証する。

  • 和田 昭英
    科学研究費補助金／基盤研究(B), 2009年, 研究代表者
    競争的資金

  • 和田 昭英
    科学研究費補助金／特定領域研究, 2006年, 研究代表者
    競争的資金

  • 多重光パルストレインによる表面化学反応
    和田 昭英, 久保田 純
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 東京工業大学, 2003年 - 2004年
    パルストレイン及び最適化波形整形による反応制御の可能性を見定めるために,40Kまで冷却したペリレン結晶の励起状態の制御を行った。その結果,励起効率を2倍近くまで増加させるパルス波形があることを見出した。また。ペリレン結晶の2種類ある励起状態(E-状態,Y-状態)のうち,最適化により波形を選ぶことでY-状態を選択的に励起できることを実証した。以上の結果から,パルストレイン及び最適化波形整形により,実際に励起効率及び励起状態の占有数を制御できること確かめることができた。次に,実際の制御を行うためにはパルスエネルギーを増やす必要が生じたため,再生増幅フェムト秒レーザーシステムの出力パルスの圧縮を行った。そこで,非線形光学結晶をタンデムで使ったχ^<(2)>:χ^<(2)>カスケード過程によりコヒーレントにスペクトル幅を拡張させ,その後,波形整形システムを用いた最適化によりパルス幅の圧縮を行った。その結果,12nmであったレーザーパルスのスペクトル幅を28nmまで拡張することに成功した。 波形整形による制御の実験と平行して,制御を行う反応系の探索を目的とした表面反応ダイナミクスの観測を行った。ゼオライト表面の水酸基とそれに吸着した分子の挙動に関しては,水酸基はオレフィン分子や一酸化炭素分子が吸着することで振動励起寿命が極端に短くなること,また,イソブテンを吸着させた場合では,水酸基を振動励起することでイソブテンの構造変化が生じることを見出した。また,単結晶表面における吸着分子のダイナミクスに関しては,分子が吸着したニッケルや白金の単結晶に近赤外パルスを照射して表面温度を瞬間的に上昇させることで生じる変化を,界面和周波発生法により時間分解観測を行った,その結果,一酸化炭素分子が吸着した場合は吸着サイトを変えるサイトホッピングが生じて吸着構造が変化すること,水が氷状に吸着した場合は水の融解がバルクの熱伝導から予測される時間スケールよりも遅く進行すること,そして,ギ酸分子イオンを吸着させた場合は構造変化が生じることがわかった。

  • フェムト秒パルストレインによる新しい光化学
    和田 昭英, 久保田 純, 恩田 健
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 東京工業大学, 1999年 - 2000年
    本研究では,時間領域における化学反応の量子制御を実現させる為に,フェムト秒パルス波形の制御システムの作製、さらに特定の化学反応の進行に適したパルス形状を探索・発生させる進化型最適化フィードバック制御をかけた波形成形システムへの改良を行い、そのシステムを用いてペリレン結晶の自己束縛励起子の生成過程の制御を試みた。 (1)フェムト秒レーザーパルスの波形を制御するために、液晶空間変調器を用いた波形成形システムを作製し、短パルスからマルチパルスのパルストレインを発生させることに成功した。 (2)波形成形システムの改良 初年度に作製した進化型制御システムは,単純交叉と単純世代交代を組み合わせた初歩的な遺伝的アルゴリズムを用いてフィードバック制御を行っていた為,解(目的に適したパルス波形)を探し当てるまでに掛かる時間(収束時間)も長く,またそこで得られたパルス波形も十分なものではなかった。そこで収束時間の短縮と得られる解の改善を目的として様々な制御方式を検討した結果,解の改善にはBLX-α方式による子孫生成とMGG方式による世代交代を組み合わせた方式が有効であること,収束時間の短縮には"間引き"操作(進化操作の対称とする液晶ピクセルを等間隔で選び出し,その間のピクセルの状態は適当な内挿(直線補間,スプライン補間等)により決める)が有効であることを見出した。両者を組み合わせた制御方式により収束時間は半分以下で得られる波形も十分な改善が得られた。 (3)ペリレン結晶の自己束縛励起子生成の制御 上述したシステムによりペリレン結晶の自己束縛励起子(STE)生成の制御を試みた。ペリレン結晶は400nmの光で励起することで,室温付近では600nm付近にE発光と呼ばれるSTE(E-STE)由来の発光を示し,低温(<60K)では500nm付近にY発光と呼ばれる別のSTE(Y-STE)由来の発光を示す。温度制御したペリレン結晶を波形成形したフェムト秒パルスで励起し,500nmと600nmの発光強度比を指定した割合になるようなパルス波形の探索を行った。その結果,発光強度比を有意に変化させることが出来ることを見出し、現在より詳しい励起・発光のダイナミクスを調べている。

  • 新規エネルギー変換型光触媒による水分解のダイナミクス
    堂免 一成, 野村 淳子, 和田 昭英
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(A), 東京工業大学, 1998年 - 2000年
    フェムト秒時間分解吸収分光により、層状ニオブ化合物K4Nb6O17薄膜試料および同薄膜にルテニウム錯体をインターカレートした試料の励起状態緩和過程を初めて調べた。K4Nb6O17薄膜は紫外光照射下で水の分解反応を示し、ルテニウム錯体インターカレート試料は可視光照射下で水素発生反応を示す。これらの系における反応初期過程に関する知見を時間分解測定から得ることを目的とした。 薄膜試料は湿式粉砕-スピンコート法により得た。測定装置は再生増幅器付きフェムト秒チタンサファイアレーザーを光源としたシステムで、励起光にレーザーの第2及び第3高調波を用いる。フェムト秒白色光をプローブパルスとし過渡吸収スペクトルを測定する。測定波長領域は430-750nm、時間分解能は250fs、観測時間領域は励起後1nsまでである。 K4Nb6O17薄膜試料のバンドギャップを励起した場合、可視域全体に広がる非常にブロードな吸収バンドが観測された。他の金属酸化物の場合との比較からトラップされた電荷の吸収と帰属した。過渡吸光度は励起直後は数10psの時定数で減衰し、また寿命ナノ秒以上の長寿命成分が観測された。励起光強度依存性の実験から、比較的自由に動くことのできる電子とホールの再結合が起きていることが分かった。 層間にあるルテニウム錯体Ru(bpy)32+を波長400nmで励起した場合、Ru(bpy)32+の吸収のブリーチが観測された。その時間変化の解析から、Ru(bpy)32+からK4Nb6O17へ電荷注入がピコ秒の時間で起こり、その電子はK4Nb6O17内を拡散しながらサブナノ秒の時間においてRu(bpy)32+と再結合しているということが示唆された。 以上のように光触媒作用を持つ層状化合物における光触媒反応初期過程を高時間分解能で追跡することに成功した。

  • 固体表面における電子励起状態のダイナミクス
    廣瀬 千秋, 恩田 健, 和田 昭英
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(A), 東京工業大学, 1996年 - 1998年
    1. COが吸着したNi(111)及びNiO(111)表面の和周波分光による観察 CO/Ni(111),CO/NiO(111)/Ni(111)系を可視及び紫外光パルスで照射したときの過渡的なSFGスペクトルを観察し、前者では波長266nmのパルス光の照射、後者では266,532nmのパルス光の照射で、過渡的な振動バンドが出現することを見出した。我々は最初、光照射によって振動励起状態が高い効率で生成した結果であると解釈したが、いくつかの難点が明らかになり、最終的な解釈に至っていない。 2. Ni(111)及びNiO(111)表面上に吸着したギ酸のSFG分光 フォルメートの吸着した表面(Ni(111)及びNiO(111)表面)に強力な近赤外パルスを照射することで生じる瞬間的な表面温度の上昇により進行する反応をSFG法によりモニターした。その結果,低温ではbidentate型で吸着していたフォルメートが温度ジャンプによりmonodentate型へと構造変化を起こし,その後分解へと至る過程を実時間で観測することに成功した。 3. ポンプ・プローブ法によるゼオライト水酸基に吸着した分子のダイナミクス ポンプ・プローブ法を用いて、原子や分子の吸着したゼオライト水酸基について振動励起状態(v=1)の緩和速度および振動励起後の過渡吸収スペクトルを測定した。水分子が吸着した場合は,励起エネルギーが水分子の他のモードにエネルギー再分配したのち、水素結合の切断することなく表面へ緩和することが明らかにした。 4. Ni(100)表面上に吸着したナフタレンの励起状態の観測 固体表面上に吸着した分子の電子励起状態の動的挙動を調べるために,ナフタレンをNi(111)表面上に吸着させ,その吸着量変化による蛍光、蛍光寿命の変化を調べた。その結果,多層吸着させたナフタレンは強いエキシマー蛍光を示し,その寿命はナフタレンの吸着量の増加に伴い長くなることを見出した。これは、金属内部に生じるイメージダイポールにより,表面近傍では緩和が促進されとことによると結論した。 5. Cu(111)表面上のベンゼン及びナフタレンによる2倍波発生 ベンゼン/Cu(111)表面のSHGスペクトルより、励起光の波長が250nm(光子エネルギー5.0eV)でピークを示すことを見出し,これは、ベンゼンの分子内電子遷移(S1-S0)との共鳴を反映するもので、気相からのシフト(0.2eV)は励起一重項状態の吸着による安定化の度合いを示すものである。同様に、ナフタレン/Cu(111)のSHGスペクトルからは、安定化エネルギーとして約0.4eVが見積もられた。 6. 酸化物半導体CdO薄膜における光ダイナミクス 金属的な不純物伝導性を示す半導体について,フェムト秒レーザー光を用いたボンプ-プローブ法により,光励起キャリアー(hot carrier)の緩和過程,並びにhot carrierの緩和によって引き起こされる格子の励起やバンド構造の変化の直接観測を行った。その結果,試料温度30Kにおいて電子-電子緩和(τ=1±0.3ps),電子-格子緩和による電子温度の低下(τ=22±2ps【triple bond】K),及び伝導帯(τ>100ps)からの脱励起がそれぞれ観測された。また,電子温度の低下する速さ(冷却速度:τ-1)が温度に強く依存し,約100K付近から冷却速度が急激に増加することを見出した。

  • 超短赤外パルスを用いるポンプープローブ法による吸着水素のダイナミクス
    和田 昭英
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 東京工業大学, 1996年 - 1997年
    ゼオライト上表面水酸基と水分子の吸着を取り扱い、吸着した水分子のうちゼオライト水酸基と相互作用していないO-H結合を振動励起し、その振動寿命の温度依存性を測定した。その結果,ゼオライト酸性水酸基自身の振動励起寿命の温度依存性と比べ、吸着水分子は非常に異なった依存性を示すことが明らかにした。得られた振動励起寿命の温度依存性をNitzan and Jortnerのモデルによって解析した結果,吸着水分子の振動緩和はゼオライト水酸基と相互作用しているO-H結合への分子内での振動エネルギーの移動ならびに80cm^<-1>程度のフォノン2量子を励起することにより行われることが示唆された。 さらに,重水素置換したゼオライト上表面水酸基に吸着したD2O分子において、吸着重水分子のうちゼオライト水酸基と相互作用していないO-D結合を振動励起させた時に過渡スペクトル上に観測される複数の過渡的なバンドについて研究を行った。その結果,得られた過渡的なバンドは,表面吸着種の分子内振動緩和の結果現れたホットバンド及びコンビネーションバンドであることを見出した。ゼオライト水酸基と相互作用していないO-D結合の振動励起寿命が約43psであったのに対し,コンビネーションバンドの寿命は15ps以下と著しく短いことを見出した。また,得られたdecay profileを綿密に検討した結果,緩和速度の違う二種類の水酸基の存在を明らかにした。これらはゼオライト中での環境の違う二種類の水酸基(large cage及びsmall cage中水酸基)と対応させることで解釈されることを示した。

  • 赤外-可視和周波発生によるダイヤモンド表面CH結合の振動分光
    廣瀬 千秋, 和田 昭英
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 一般研究(C), 東京工業大学, 1995年 - 1995年
    赤外-可視和周波発生法を用いて2種類の方法で調製したダイヤモンドC(100)表面のC-H種を研究した。和周波発生法の測定装置は、パーソナルコンピューターを用いた自動波長掃引部、信号積算ソフトウェアなどを自作することにより従来より優れた信号雑音比のスペクトルを得られるよう改良して用いた。和周波発生スペクトルの入射光の偏光特性を測定し、それを解析することによって、CH、CH_2種などの同定のみならず表面でのC-H結合の傾き角についての情報が得られた。プラズマCVD法によってホモエピタキシャル成長させたC(100)表面ではCH、CH_2の2種の表面種に帰属されるバンドが観測された。このCH基の傾き角は表面法線より30〜60°であることが計算され、ダイマー構造(HC-CH)を形成していることが示唆された。このことは低速電子線回折法によって報告された(2×1)構造と一致した。またCH_2種はC_<2V>軸が表面法線から40°傾いていることが確認された。一方、研磨した表面をプラズマ水素化したC(100)試料ではC-H伸縮振動領域のスペクトルに多数のバンドが観測され、表面が乱雑な状態であることがわかった。これは、プラズマ水素化中に表面炭素が酸化によって格子欠陥になるためであろうと推測された。プラズマCVD法によってホモエピタキシャル成長させたC(100)表面が原子オーダーで整然と配列したものであることが示唆された。これらのことから、赤外-可視和周波発生法がダイヤモンド表面の成長過程の表面種の構造解析に有効であることがわかり、今後の応用が期待される。

  • ピコ秒界面和周波発生(SFG)を用いる表面反応中間種の構造とダイナミクスの研究
    廣瀬 千秋, 野村 淳子, 和田 昭英, 堂免 一成
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 一般研究(A), 東京工業大学, 1992年 - 1994年
    本研究課題は、固体表面の化学反応の過程で生成する化学種を識別してその構造や配向をあきらかにし、さらにそのダイナミクスを明らかにするために、ピコ秒パルス光を使った赤外-可視和周波発生分光法を適用することを目的として平成3年から実施されたものである。本年度は最終年度として、波長可変赤外パルス発生装置の仕上げと様々な表面におけるSPG分光の実施、それに、ポンプープローブ吸収分光法による振動ダイナミクスの基礎過程の検討を中心課題に設定した。 波長可変赤外光パルス発生装置については、前年度に引き続き可変波長領域の拡大とその掃引方法の円滑化、さらに、パルス当たりのエネルギーを損なうことなく発振波長幅を狭めることに主力を注いだ。即ち、近赤外光発生装置における光学素子の選択と配置を改良して可変領域を拡大することに成功し、さらに、波長選択素子として回折格子を導入して発振赤外光の線幅を約30cm^<-1>から2cm^<-1>以下まで狭めることに成功した。また、現有の装置を利用してMgO結晶やPt単結晶表面の吸着種について赤外-可視和周波発生分光を行い、測定手順の自動化、簡便化を進めた。さらに、試料表面を調製するために製作した超高真空チャンバーについて、マニピュレータ及び温度可変部に改良を加えた。 ニオブ酸リチウム結晶によるパラメトリック光発生で得た赤外パルス光を使ってポンプープローブ法による過渡吸収の実時間測定を行い、ゼオライト表面の酸性水酸基における分子吸着による振動寿命の変化を実測した。その結果、表面水酸基のOH伸縮振動の寿命に貴ガス原子(K.Xc)及び水分子の吸着の効果が見出され、吸着相互作用に対して新しい情報を与えることとなった。

  • 広領域波長可変赤外ピコ秒パルスの発生とその固体表面吸着種研究への応用
    堂免 一成, 和田 昭英
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 一般研究(B), 東京工業大学, 1991年 - 1991年
    本研究は波長可変ピコ秒赤外パルスの発生とその固体表面の非線形分光への応用を目的として、非線形光学結晶を用いた差周波発生と、得られた赤外パルスを用いた界面和周波発生による表面吸着種の振動スペクトルの観測を行った。 差周波発生のポンプ光としてはモ-ドロックピコ秒パルスYAGレ-ザ-の基本波(1064nm、35ps、3mJ)を用い、シグナル光としては自作の基本波(10mJ)励起の進行波型色素レ-ザ-により発生させた近赤外領域のレ-ザ-パルスを用いた。ここで使用した色素は発振段、増幅段供にQーSwitch No5(3x10^<ー3>M)で、色素レ-ザ-の発振領域は1.25μm〜1.40μm、エネルギ-は1.35μmにおいて約400μJであった。差周波発生は非線形光学結晶AgGaS_2を用いたTYPEーIの位相整合条件により行い、得られた赤外レ-ザ-パルスは波長領域が4.5μm〜7.0μm、線幅は20cm^<ー1>以下、時間幅約35ps、エネルギ-は約30μJ(5μm)であった。 こうして得られた波長可変ピコ秒赤外パルスを用いて、Si(100)面上に水素を吸着させることにより生じるSiーH、SiーH_2等の振動スペクトルの観測を界面和周波発生法(SFG)により行った。その結果、Si表面の粗さに起因する不均一幅により線幅が著しく広がったSiーH、SiーH_2等の伸縮振動のスペクトル線が、2080cm^<ー1>付近に線幅が50cm^<ー1>以上のブロ-ドなスペクトルとして観測された。 以上の結果は、本研究により作製した差周波発生システムとそれを用いた非線形分光法が固体の表面構造の研究に対して有効であることを示していると同時に、表面吸着種のダイナミクスの研究にも充分活用出来ることを示唆している。

  • 光ガルバノ分光による放電プラズマ内の電界分布の計測
    広瀬 千秋, 和田 昭英
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 重点領域研究, 東京工業大学, 1990年 - 1990年
    本年度は、2種類のガスの混合比が電界分布におよぼす影響について調べるために、Ar/Ne,Ar/H_2混合系のホロ-カソ-ド放電の陰極暗部における電界分布の測定を行った。また、陰極形状が放電プラズマに及ぼす影響を調べるために、ホロ-カソ-ドの内径を変えた場合の電界強度分布、電荷密度分布の測定を行った。 混合系における測定では、陰極内径は5mm、電極間電圧は255Vの放電条件下で、Arの分圧を4Torrに固定し、NeまたはH_2の分圧を0.5Torrから2Torrまで変化させた場合と、全圧を4Torrに固定してAr/NeまたはAr/H_2の分圧比を4/0から2/2まで変化させた場合について行った。その結果、Neを混ぜた放電では、電界強度分布はArの分圧に強く依存し、Neの分圧にはさほど影響されないことがわかった。H_2を混ぜた放電で観測された電界強度分布は、Arのみの放電や、Ar/Ne混合系での放電のように希ガスのみが含まれる放電で観測される分布と大きく異なることがわかった。希ガス放電での電界強度分布は陰極表面から離れるにしたがい電界強度はなだらかに減少していくのに対して、H_2を混ぜた放電では陰極表面から離れるにしたがい電界強度ははじめは増加しその後急激に減少する傾向を示した。このことはH_2は解離、振動緩和、回転緩和といった希ガスにはない過程を有する事に起因すると考えられ、これらの過程まで取り入れたモデル式をたてて解析を進めているいる段階である。 陰極内径依存性の測定に関しては、内径を3mm,4mm,5mmと変化させた場合について行った。その結果、内径が大きくなると電界強度が陰極表面近傍で急激に減少するようになる事がわかった。これは内径が大きくなるにしたがい、陰極降下部における電荷密度の空間的な変化率が減少することを意味している。この現象は空間的電子密度に位置依存性をもたせたモデルによりうまく説明できることを見いだした。

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