[スポンサーリンク]

ケムステニュース

位相情報を含んだ波動関数の可視化に成功

[スポンサーリンク]

アイキャッチ画像: “Detection of the shape of an electronic wave function with a six-fold symmetry” by NRC Ottawa 1

早稲田大学理工学術院の新倉弘倫(にいくらひろみち)教授は、カナダ国立研究機構 (National Research Council of Canada)、独マックス・ボルン研究所(Max Born Institute)と共同で、アト秒レーザー(高次高調波)によるネオン原子の光イオン化過程で生成した、ほぼ純粋なf-軌道電子(電子波動関数)の密度分布と、その位相を分けた波動関数に相当するイメージの直接測定に成功しました。またさらに、イオン化した電子波束がどのような位相と振幅を持つ波動関数から成っているかを同定する方法を開発しました。(引用:早稲田大学 2017年6月16日)2

早稲田大学教授の研究チームが、アト秒パルスレーザーにより放出された光電子の波動関数を直接可視化することに成功しました3。これは量子力学の発展に大きく寄与するものであるとともに、アト秒物理学(Attosecond Physics)が飛躍的な進歩を遂げていることを表します。

早稲田大学の公式サイトにて研究内容については詳しく記述されています2。アト秒物理学は近年発展が目覚ましい分野です。これからは、アト秒物理学技術を利用した化学の研究が行われていくのでしょうか。

研究背景

波動関数とは

アイザック・ニュートンらが構築した古典力学は、物質の挙動を記述する物理学の基礎学問でした。しかしながら19世紀末頃から、古典力学では説明することのできない、原子や電子に関連した実験結果が報告され、それらミクロな物質も全て含めた物質の挙動を記述する基礎学問が必要となりました。それが、エルヴィン・シュレーディンガーやマックス・ボルンらによって構築された量子力学です。

量子力学はシュレディンガー方程式を基礎方程式として展開されます。対象とする物質に関する情報は、その方程式の解である、ψ に内包されています。つまり、化学反応がどのように生じるのか、物質がどのような性質を有しているのか、などを根源的に理解するためには、それらの発生源となっている主な物質である電子の、 ψ について知ることが必要となります。 この  ψ が波動関数です。

シュレディンガー方程式(関数形式)

波動関数は複素関数であり、主に振幅と位相によって特徴付けられます。シュレディンガー方程式から関数を求め、その形状などを描像することは理論上可能でしたが、実験によって実際の波動関数を直接測定することは非常に困難です。また、波動関数そのものをどう解釈するべきであるのかという理解を助ける糸口という意味でも、直接的な測定は長らく求められ続けています4。

アト秒物理学とは

アト(atto)とは、キロやミリ、ナノなどと同じ接頭辞の1つであり、10のマイナス18乗を表します。すなわちアト秒とは、10のマイナス18乗秒となります。小さな値すぎてなかなか想像ができないですね。

地球誕生から現在まで46億年と言われていますが、それを秒に直すと0.15 ×「10の18乗」秒です。もし46億年を1秒に縮めたとしたら、0.15秒が1アト秒になります。人間のまばたきは約0.3秒と言われていますので、人が1回まばたきしたとして、地球のこれまでの長い歴史を1秒と見なすと、2アト秒に相当します。アト秒の世界を観測することがいかにすごいかが分かりますね。(引用:THE PAGE 2016年10月1日)5

太陽系の一部として地球が生まれてから現代に至るまでを1秒とすると、1アト秒は私達が瞬きをする時間の半分程度となるわけです。どれほどに短い時間であるかイメージが湧くと思います。

アト秒物理学とは、そのような短い時間に生じる物理現象を取り扱う学問であり、2001年にアト秒レーザー発生が報告されてから急速に発展してきました。アト秒の世界では、原子や分子の振動などさえ遅すぎます。もっと質量の小さな電子などの運動そのものが観測できるのです。

関連図書

[amazonjs asin=”1468495844″ locale=”JP” title=”Ultrafast Optics IV: Selected Contributions to the 4th International Conference on Ultrafast Optics, Vienna, Austria (Springer Series in Optical Sciences)”] [amazonjs asin=”B00IZ0BHUY” locale=”JP” title=”Introduction to Quantum Mechanics: Pearson New International Edition”]

参考文献・関連記事

  1. “Interplay of light and matter – A “perfect” attosecond experiment” | idw
  2. 『アト秒レーザーで位相を分けた電子波動関数の直接イメージングに成功 新規なアト電子テクノロジーの開発に期待』 | 早稲田大学ニュース
  3. “Coherent imaging of an attosecond electron wave packet”, D. M. Villeneuve, Paul Hockett, M. J. J. Vrakking, Hiromichi Niikura, Science 2017, 356, 6343, DOI: 10.1126/science.aam8393
  4. “Direct measurement of the quantum wavefunction”, Jeff S. Lundeen, Brandon Sutherland, Aabid Patel, Corey Stewart & Charles Bamber, Nature 2011, 474, 188-191, DOI: 10.1038/nature10120
  5. 『2016年「物理学賞」は誰の手に? 日本科学未来館がノーベル賞予想』 | THE PAGE

関連リンク

Avatar photo

Eine

投稿者の記事一覧

音楽ゲームが好き。ナノメートルの世界で分子や電子の気持ちを考える日々

関連記事

  1. サイエンス・ダイレクトがリニューアル
  2. 114番元素と116番元素の名称が間もなく決定!
  3. 大日本インキが社名変更 来年4月1日から「DIC」に
  4. 分離膜の市場について調査結果を発表
  5. 理研、放射性同位体アスタチンの大量製造法を開発
  6. 武田薬、米国販売不振で11年ぶり減益 3月期連結決算
  7. 不斉触媒研究論文引用回数、東大柴崎教授が世界1位
  8. 抗がん剤大量生産に期待 山大農学部豊増助教授 有機化合物生成の遺…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 日本化学会 第103春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part2
  2. 位置およびエナンチオ選択的Diels-Alder反応に有効な不斉有機触媒
  3. 銅触媒によるアニリン類からの直接的芳香族アゾ化合物生成反応
  4. チエナマイシン /thienamycin
  5. バイオタージ Isolera: フラッシュ自動精製装置がSPEED UP!
  6. 女性科学者の卵を支援―「ロレアル・ユネスコ女性科学者 日本奨励賞」 募集中
  7. 三つの環を一挙に構築! caulamidine 類の不斉全合成
  8. 第25回 溶媒の要らない固体中の化学変換 – Len MacGillivray教授
  9. 高分子を”見る” その1
  10. 化学企業のグローバル・トップ50が発表【2022年版】

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2017年6月
月 火 水 木 金 土 日
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

注目情報

最新記事

複雑さを設計して、結晶の動きをプログラムする

第723回のスポットライトリサーチは、高知工科大学大学院工学研究科(林研究室) 博士後期課程3年の樋…

ハロゲンの力で強力な結合を切断!天然物クマリンから医薬品・機能性材料原料のクマラノン類へ

第 722 回のスポットライトリサーチは、立命館大学大学院薬学研究科薬学専攻 精密合…

観察を写真で残す!カメラ内蔵リアクタ EasyMax 102i を使ってみた

反応の温度も、攪拌(かくはん)も、滴下も、サンプリングもいまや自動で記録される時代になりました。とこ…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年9月版】

2026年9月にケムステでは21本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

2026ノーベル化学賞をOBが解説 –分子にも「右手」と「左手」がある? 10/31(土)14:00~15:30 県民センター(横浜駅3分) 【硤合教授ノーベル賞受賞記念】一般の方・中学生・高校生も対象に解説イベントを開催します(10/31)

bergです。2026年のノーベル化学賞が「不斉有機合成における非線形効果および自己触媒作用の発見」…

【味の素ファインテクノ】新卒採用情報(2028卒)

当社は入社時研修を経て、先輩指導のもと、実践(※)の場でご活躍いただきます。…

MEDCHEM NEWS 35-3 号「2024年度 MCS 優秀賞」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、オープンアクセ…

【速報】2026年のノーベル化学賞は「不斉有機合成における非線形効果および自己触媒作用の発見」へ

2026年のノーベル化学賞は、アンリ・カガン (Henri B. Kagan、フランス・パリ=サクレ…

柳沢 正史 Masashi Yanagisawa

柳沢 正史(やなぎさわ まさし、Masashi Yanagisawa、1960年5月…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年8月版】

2026年8月にケムステでは22本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP