研究領域の現状 161
大 島 康 裕（教授） （2004 年 9 月 1 日着任）
A -1) 専門領域：分子分光学，化学反応動力学
A -2) 研究課題：
a) 非断熱相互作用による状態分布や量子波束の制御 b) 超高速分子回転制御に関する実験的および理論的検討 c) 大振幅な構造変形運動に関する量子波束の生成と観測 d) ベンゼンを含む分子クラスターの高分解能レーザー分光 e) 高分解能非線形コヒーレント分光の開発
f) 分子配向分布の実時間観測法の開発
A -3) 研究活動の概略と主な成果
a) 高強度な極短パルス光と分子との相互作用によって量子状態分布を非断熱的に移動する手法の開発を行なってきた。 特に，状態選択的プローブを利用した独自の実験的方法論により，回転運動に関する励起プロセスの詳細な追跡に 利用してきている。ベンゼンや N O 分子を対象とした研究において，量子波束の位相・振幅情報の実験的決定，パ ルス対励起による回転状態分布の高速制御を実現し，縮重状態におけるコヒーレント励起過程に特有な波動関数の 位相関係を明らかにする等の結果を得ている。
b) 偏光面と遅延間隔を適切に設定した高強度極短パルス対による非断熱回転励起によって，右もしくは左回りに回転 する波動関数を生成しうることを理論・実験の両面から明らかにした。理論的研究は，イスラエルのグループとの共 同研究である。
c) 上記 a) の非断熱励起は振動に関しても実現可能である。ベンゼン2,3 量体や NO–Ar において分子間振動分布に関 する非断熱移動を実現し，振動波束干渉を実時間領域で観測することに成功した。
d) 芳香環の関与する分子間相互作用を詳細に特定する目的で，ベンゼンを含む分子クラスターに関して，単一縦モー ドナノ秒パルス光源を利用した高分解能電子スペクトルの測定を行っている。最も結合の弱いベンゼン – H e 系につ いては，分子間振動励起状態への振電遷移を初めて観測することに成功し，特に，H e 原子が 1 個ついた系では大規 模な構造変形運動によるトンネル分裂を見出した。H2とのクラスターでは，H2がほぼ自由に回転していることを明 らかにし，同位体種である D2とのクラスターの測定も行うことにより，内部回転に対するポテンシャル障壁の値を 決定した。また，励起状態における緩和速度をスペクトル線幅から定量的に見積もった。
e) コヒーレント状態分布移動の新手法としてチャープパルスを利用した非共鳴誘導ラマン分光を提案した。さらに，当 分光法を実現しうる新奇なコヒーレント光源として，単一縦モード半導体レーザーからの出力を位相変調し，ファイ バーアンプにて適当な強度まで前置増幅した後，パラメトリック増幅にて周波数チャープした高強度ナノ秒パルス光 を出力するシステムを製作した。8 ns のパルス幅の間に 500 M H z 周波数が変化し，出力は１パルスあたり 20 mJ以 上という性能が実現された。
f) 分子運動の状態確率分布の時間発展を追跡する「時空間４次元イメージング」のための装置の設計と製作を行った。 イオンイメージングについて，生成物分布が軸対象でない場合にも適用できる新しい配置を考案し，測定システムを 構築した。本システムを用いて，フェムト秒ポンプ・プローブ法クーロン爆発イオンイメージにより，２原子分子の
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非断熱回転励起による時間依存空間配向分布の計測を行った。現在，右もしくは左回りに回転する波動関数の実時 間発展の追跡に取り組んでいる。
B -1) 学術論文
S. MIYAKE and Y. OHSHIMA, “Injection-Seeded Optical Parametric Amplifier for Generating Chirped Nanosecond Pulses,” Opt. Express 21, 5269–5274 (2013).
M. NAKAJIMA, H. TOYOSHIMA, S. SATO, K. TANAKA, K. HOSHINA, H. KOHGUCHI, Y. SUMIYOSHI, Y. OHSHIMA and Y. ENDO, “Electronic Spectroscopy of the HCCN Radical,” J. Chem. Phys. 138, 164309 (10 pages) (2013). M. HAYASHI and Y. OHSHIMA, “Sub-Doppler Electronic Spectra of the Benzene–(He)n Complexes,” Chem. Phys. 419, 131–137 (2013).
M. HAYASHI and Y. OHSHIMA, “Sub-Doppler Electronic Spectra of the Benzene–(H2)n Complexes,” J. Phys. Chem. A 117, 9819–9830 (2013).
K. MIZUSE and A. FUJII, “Infrared Spectroscopy of Large Protonated Water Clusters H+(H2O)20–50 Cooled by Inert Gas Attachment,” Chem. Phys. 419, 2–7 (2013).
B -3) 総説，著書
A. FUJII and K. MIZUSE, “Infrared Spectroscopic Studies on Hydrogen-Bonded Water Networks in Gas Phase Clusters,” Int. Rev. Phys. Chem. 32, 266–307 (2013).
B -4) 招待講演
Y. OHSHIMA, “Coherent excitation of molecular motion by intense ultrashort pulses,” IMS Workshop on “Hierarchical Molecular Dynamics: From Ultrafast Spectroscopy to Single Molecule Measurements,” Okazaki (Japan), May 2013.
B -6) 受賞，表彰
大島康裕 , 分子科学研究奨励森野基金 (1994).
北野健太 , 第２３回化学反応討論会ベストポスター賞 (2007). 北野健太 , 平成２１年度分子科学会優秀講演賞 (2009).
B -7) 学会および社会的活動 学協会役員等
日本分光学会装置部会企画委員 (1995–1999). 日本化学会近畿支部幹事 (2001–2003). 日本化学会東海支部幹事 (2005–2006).
分子科学研究会委員 (2004–2006).
分子科学総合討論会運営委員 (2004–2006). 分子科学会運営委員 (2006–2010, 2012– ). 分子科学会幹事 (2008–2010, 2012– ).
研究領域の現状 163 日本分光学会先端レーザー分光部会幹事 (2006– ).
日本化学会物理化学ディビジョン主査 (2010–2012). 日本分光学会理事 (2011– ).
学会の組織委員等
The East Asian Workshop on Chemical Reactions, Local Executive Committee (1999).
分子構造総合討論会実行委員 (2002–2003). 化学反応討論会実行委員 (2005–2006). 分子科学討論会実行委員 (2008–2009). 学会誌編集委員
日本化学会誌（化学と工業化学）編集委員 (2001–2002). その他
総研大アジア冬の学校実行委員 (2006–2007, 2010–2011).
B -10) 競争的資金
科研費基盤研究 (B), 「孤立少数自由度系における構造相転移の実験的探索」, 大島康裕 (2002 年 –2004年 ). 光科学技術振興財団研究助成 , 「コヒーレント光による分子運動の量子操作」, 大島康裕 (2003年 –2004年 ).
科研費特定領域研究「強光子場分子制御」（公募研究）「強光子場によ, る分子配列・変形の分光学的キャラクタリゼーション」, 大島康裕 (2003年 –2005年 ).
科研費基盤研究 (A ), 「高輝度コヒーレント光によるコンフォメーションダイナミックスの観測と制御」, 大島康裕 (2006年 –2009年 ). 三菱財団自然科学研究助成 , 「量子準位分布制御を利用した分子間相互作用の精密決定」, 大島康裕 (2006年 –2007年 ). 科研費若手研究 (B), 「気相分子の回転固有状態の波動関数イメージング」, 長谷川宗良 (2006年 –2007年 ).
科研費萌芽研究 , 「マルチカラー同時発振レーザーの開発とコヒーレント分子科学への展開」, 大島康裕 (2008年 –2009年 ). 科研費特定領域研究「高次系分子科学」（公募研究）, 「非線形コヒーレント分光による分子間相互作用の精密決定」, 大島康 裕 (2008年 –2011年 ).
科研費若手研究 ( B ) , 「高強度レーザー場を用いた新しい振動分光法による孤立分子クラスター研究の新展開」, 長谷川宗良 (2009年 –2010 年 ).
科研費基盤研究 (A ), 「分子運動量子状態のデザインと再構築」, 大島康裕 (2010 年 –2013年 ).
科研費研究活動スタート支援 , 「水和クラスターのコヒーレント分光による動的水素結合構造の研究 ｣, 水瀬賢太 (2011年 –2012 年 ).
C ) 研究活動の課題と展望
非共鳴な高強度極短パルス光による非断熱回転励起においては，高度なコヒーレント制御・観測が実現できる体制が整った。 さらに，イオンイメージング技術と結合した回転運動の画像化等への展開も順調に進んでいる。早期に，回転量子波束の ４Ｄイメージングを実現したい。また，非断熱励起を振動自由度へ適用する研究も順調に進行しており，分子回転で発展さ
せてきた様々な方法論を利用して，高振動励起分子の生成や構造異性化の誘起などへ繋げたい。
ナノ秒コヒーレント光源を利用した周波数領域分光では，実験システムの整備は完了した。今後，より複雑なクラスターへと 研究対象を拡大していく。既に，π 水素結合の典型であるベンゼン−水について高分解能電子スペクトルの測定に着手した
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ところである。その際，複雑かつ不規則な回転構造の帰属を確定させるために，複数の高分解能ナノ秒パルス光源を利用し た非線形分光を活用する。また，ついにナノ秒チャープ光源が完成した。現在，性能や操作性の向上を目指した改良を行っ ている。このバージョンアップが終了次第，新規な断熱分布移動の実現に速やかに着手する。これによって，クラスターの内 部運動に関する振動準位構造を詳細に特定することが可能となる。
