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論文

Laser-fluence dependence of resonance-enhanced multiphoton reduction of trivalent europium

松田 晶平; 中島 信昭*; 横山 啓一; 谷口 誠治*; Chosrowjan, H.*; 染川 智弘*; 八ッ橋 知幸*

Chemical Physics Letters, 802, p.139759_1 - 139759_6, 2022/09

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139759

$$f$$ブロック元素の$$f$$-$$f$$遷移波長での共鳴多光子励起によって標的元素の酸化数のみを選択的に制御する技術は、希少金属の高純度な精製方法への応用が期待できる。この共鳴多光子過程を経る酸化還元の効率については、一光子目と二光子目それぞれの量子収率と吸収断面積が重要な因子である。そこで本研究では三価ユウロピウム(Eu$$^{III}$$)から二価ユウロピウム(Eu$$^{II}$$)への還元効率のレーザーフルエンス依存性を精密に調べることでそれらを評価した。その結果、励起波長394nmでのEu$$^{III}$$の二光子吸収過程における一光子目の量子収率の値、二光子目の量子収率と吸収断面積の積の値を見積もることができた。また、従来よりも広いフルエンス領域を調べたことで飽和が観測され、必要なレーザー出力の上限が推定できた。

論文

Temperature dependence of positron annihilation lifetime in near-surface and bulk of room-temperature ionic liquid observed by a slow positron beam

平出 哲也; 満汐 孝治*; 小林 慶規*; 大島 永康*

Chemical Physics Letters, 795, p.139507_1 - 139507_4, 2022/05

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139507
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Physical)

N,N,N-Trimethyl-N-propylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TMPA-TFSI)中において三重項ポジトロニウム(オルトーPs)消滅寿命の温度依存性を、産業技術総合研究所に整備されている垂直型陽電子ビームを用いて150$$^{circ}$$Cまで測定した。TMPA-TFSI液体試料表面から表面近傍とバルク中での測定を行うために、2keVと12keVのエネルギーで陽電子を入射した。融点よりも130$$^{circ}$$C高い150$$^{circ}$$Cにおいても表面の構造による違いが見られた。また、どちらの入射エネルギーでも高温ほど寿命は短くなった。同様の現象は水中においてのみ、オルトーPsと放射線分解生成物であるOHラジカルなどとの反応によって見出されていた。TMPA-TFSIにおける温度依存性においても、オルトーPsの化学反応の存在を示していると考えられた。

論文

Hydration structures of barium ions; ${it Ab initio}$ molecular dynamics simulations using the SCAN meta-GGA density functional and EXAFS spectroscopy studies

山口 瑛子; 小林 恵太; 高橋 嘉夫*; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Chemical Physics Letters, 780, p.138945_1 - 138945_5, 2021/10

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.138945
 被引用回数：4 パーセンタイル：60.18(Chemistry, Physical)

ラジウム(Ra)はウランやトリウムの放射壊変により生成する放射性元素であり、放射性廃棄物の処理や旧ウラン鉱山周辺の環境問題の解決において重要な元素であるが、安定同位体が存在しないといった取り扱いの難しさから、水和構造などの基本的な物理化学的性質さえも不明な点が多い。本研究では、周期律表上でRaより一周期小さいがRaと同族であり、イオンの価数や大きさが類似していることから、アナログ元素としてよく用いられるバリウムに着目し、その水和構造を第一原理分子動力学法のシミュレーションにより解明した。これまで研究が行われていない大きな系について、より水の計算に適している新しい汎関数を用いて第一原理計算を行うことでより高精度のシミュレーションを行い、X線吸収微細構造法の観測も行うことでシミュレーション結果の妥当性を確かめた。

論文

An Electron-capture efficiency in femtosecond filamentation

中島 信昭*; 八ッ橋 知幸*; 迫田 憲治*; 岩倉 いずみ*; 橋本 征奈*; 横山 啓一; 松田 晶平

Chemical Physics Letters, 752, p.137570_1 - 137570_5, 2020/08

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137570

溶液中のユウロピウムイオンにレーザー光を照射することによりEu$$^{3+}$$とEu$$^{2+}$$との間の光酸化還元反応を調べた。3種類のレーザーを用いてその反応効率、波長依存性、レーザーパワー依存性などを観察した。波長308nmのナノ秒レーザーでは1光子過程が起こり酸化・還元とも量子収率0.5前後の高い値が得られた。394nm、5mJのナノ秒レーザーパルスでは2光子過程が起こり還元の量子収率は0.015程度になった。308nmの結果よりも1桁以上低い値ではあるが、容易に光還元を起こすことができることを明らかにした。パルスエネルギーを増やすことにより効率をもっと上げることができると考えられる。

論文

Understanding water-mediated DNA damage production by molecular dynamics calculation of solvent accessibility

米谷 佳晃*; 中川 洋

Chemical Physics Letters, 749, p.137441_1 - 137441_5, 2020/06

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137441
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Physical)

DNAのMDシミュレーションによりDNAの主鎖の水素原子の溶媒露出状態を計算した。計算された溶媒露出状態は、これまでの実験的研究で報告されているOHラジカルとの反応性と良い相関がみられた。これは、放射線に対する異なるDNAの反応性が、主にそれぞれの水素原子の溶媒露出状態の違いが原因であることを示している。過去に計算された溶媒露出表面積の計算と比較すると、今回の計算はわずかに良い結果をもたらしている。これは、静電相互作用とDNAの構造揺らぎのようなより現実の分子状態を反映した解析が重要であることを示唆する。

論文

Quantum chemical calculations for the norbadione A complexes with Cs$$^+$$, K$$^+$$, and Na$$^+$$ in gas and aqueous phases

数納 広哉; 町田 昌彦

Chemical Physics Letters, 730, p.26 - 31, 2019/09

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.05.012
 被引用回数：1 パーセンタイル：5.62(Chemistry, Physical)

Cs$$^+$$を蓄積することで知られるキノコ中の色素分子であるノルバジオンA(NBA)のCs$$^+$$およびK$$^+$$, Na$$^+$$錯体に関する量子化学計算を行った。Otaらによる2段階数値計算手法を用いて水溶液中でのアルカリ金属カチオン錯体化選択性を調べた。この手法を中性および2重, 4重脱プロトンNBAに適用することにより、Cs$$^+$$選択性は高pHで、2重脱プロトンNBAが支配的となる場合にのみ現れることを確認し、これが実験結果と一致していることがわかった。これは当計算手法を用いた生体分子への最初の応用例であり、その選択性は特異性を示している。

論文

A Screened automated structural search with semiempirical methods

太田 幸宏; Ruiz-Barragan, S.*; 町田 昌彦; 志賀 基之

Chemical Physics Letters, 648, p.119 - 123, 2016/03

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2016.02.013
 被引用回数：5 パーセンタイル：21.69(Chemistry, Physical)

自動化学反応経路探索のソフトウエアGRRMと半経験的分子軌道計算法ソフトウエアMOPACのインターフェースツールの開発に成功した。このツールを使ってセルロースに対するイオンの吸着についてのテストを実施した所、計算効率は密度汎関数理論を用いたときより遥かに高速となり、複雑かつ巨大な分子に対する構造や反応経路の探索においては、極めて有効なツールとなることが分かった。

論文

On the hierarchical parallelization of ${{it ab initio}}$ simulations

Ruiz-Barragan, S.*; 石村 和也*; 志賀 基之

Chemical Physics Letters, 646, p.130 - 135, 2016/02

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2016.01.017
 被引用回数：14 パーセンタイル：57.49(Chemistry, Physical)

第一原理シミュレーションを階層的に並列化した新しい計算コードPIMD-SMASHを開発した。これによって、数十分子程度の水クラスター系について、経路積分分子動力学シミュレーションを効率的に実施できることを示した。また、開発されたコードを利用して、第一原理ストリング法によりシクロペンタジエンとブテノールのディールス・アルダー反応を調べた。その結果、水の水素結合によって反応のエネルギー障壁が下がることが見出され、この反応が水溶液中で加速するメカニズムを説明した。

論文

Semiclassical dynamics of electron attachment to guanine-cytosine base pair

本田 知大*; 箕島 裕介*; 横井 悠輝*; 高柳 敏幸*; 志賀 基之

Chemical Physics Letters, 625, p.174 - 178, 2015/04

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2015.03.006
 被引用回数：4 パーセンタイル：11.86(Chemistry, Physical)

密度汎関数理論および分子動力学法により、グアニン-シトシン(G-C)塩基対への電子付着の動力学的ふるまいについて研究を行った。G-Cの負イオンのポテンシャルエネルギーは、長距離補正密度汎関数計算の情報をもとに経験的原子価結合法でモデル化した。半古典的リングポリマー分子動力学法の結果、初期において双極子束縛状態にある負イオンは、0.1ピコ秒程度で原子価束縛状態へと容易に移行した後、10ピコ秒程度でプロトン移動が起こることがわかった。一方、古典分子動力学法の結果でも同じ傾向が見られたが、反応にかかる時間はずっと遅かった。このことから、低エネルギー電子によるDNA損傷過程のダイナミクスにおいて、原子核の量子効果が重要な役割を果たしていると考えられる。

論文

Structure of ultra-thin silicon film on HOPG studied by polarization-dependence of X-ray absorption fine structure

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 関口 哲弘

Chemical Physics Letters, 594, p.64 - 68, 2014/02

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2014.01.025
 被引用回数：3 パーセンタイル：11.07(Chemistry, Physical)

高配向性熱分解グラファイト(HOPG)表面に蒸着した単原子層以下の厚みの極薄シリコン膜の構造を、放射光を用いたX線光電子分光法(XPS)およびX線吸収端微細構造法(XANES)により調べた。0.15モノレーヤーの極薄シリコン膜のSi K-吸収端XANESスペクトルには、2つの共鳴励起によるピークが認められた。分子軌道法による計算結果および電子エネルギー損失分光法(EELS)による報告値から、これらのピークはSi 1s軌道から価電子帯の非占有$$pi$$$$^{*}$$および$$sigma$$$$^{*}$$軌道への共鳴励起によるものと同定した。XANESスペクトルの偏光依存性を測定したところ、グラファイトのC K-吸収端で報告されている結果と類似の偏光依存性が認められた。ピーク強度の偏光依存性を解析した結果、極薄シリコン膜の一部はグラフェンと類似の構造を持ち、基板表面に平行に配向していることを明らかにした。

論文

Structural changes of nucleic acid base in aqueous solution as observed in X-ray absorption near edge structure (XANES)

島田 紘行*; 深尾 太志*; 南 寛威*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; 福田 義博*; 斎藤 祐児

Chemical Physics Letters, 591, p.137 - 141, 2014/01

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.11.026
 被引用回数：8 パーセンタイル：31.83(Chemistry, Physical)

X-ray absorption near edge structure (XANES) spectra for adenine containing nucleotides, adenosine 5'-monophosphate (AMP) and adenosine 5'-triphosphate (ATP) in aqueous solutions at the nitrogen K-edge region were measured. The two intense peaks in XANES spectra are assigned to transitions of 1s electrons to the $$pi$$$$^{*}$$ orbitals of different types of N atoms with particular bonding characteristics. The difference between their spectra is ascribed to protonation of a particular N atom. Similarity observed in XANES spectra of guanosine-5'-monophosphate (GMP) and ATP is also interpreted as similar bonding characters of the N atoms in the nucleobase moiety.

論文

Terahertz absorption spectroscopy of protein-containing reverse micellar solution

村上 洋; 豊田 祐司*; 西 孝樹*; 菜嶋 茂喜*

Chemical Physics Letters, 519-520, p.105 - 109, 2012/01

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2011.11.029
 被引用回数：18 パーセンタイル：57.73(Chemistry, Physical)

THz領域にある蛋白質の原子の集団運動である低周波振動運動はその生体機能に重要な役割を果たすと考えられており、中性子非弾性散乱やTHz波分光などにより実験研究が行われてきた。しかし、一つの問題がある。ほとんどが凍結乾燥試料など非水溶液試料を対象にしていることである。一方、フェムト秒レーザーにより発生されたTHz波は、ピコ秒程度のパルス幅を持つことから、ポンプ・プローブTHz分光により、機能発現している過程中の蛋白質の低周波振動運動などを調べることが期待できる。生体中で蛋白質は水溶液中に存在し、酵素反応,フォールディングや変性など大きな構造変化が起こる場合などを調べるときには水溶液中蛋白質を対象にする必要がある。しかし、水によるTHz波の吸収は非常に強く、蛋白質水溶液を透過型THz時間領域分光で測定するのは困難である。われわれはタンパク質水溶液を逆ミセル内に閉じこめ、溶媒のほとんどをTHz波の吸収の低い油にすることにより、溶液中で蛋白質起因の吸収スペクトルを得ることに成功した。

論文

Ferromagnetic interlayer coupling in C$$_{60}$$-Co compound/Ni bilayer structure

松本 吉弘; 境 誠司; 圓谷 志郎; 高木 康多*; 中川 剛志*; 楢本 洋*; Avramov, P.; 横山 利彦*

Chemical Physics Letters, 511(1-3), p.68 - 72, 2011/07

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2011.05.038
 被引用回数：5 パーセンタイル：17.18(Chemistry, Physical)

C$$_{60}$$-Co化合物/Niの二層構造の電子・スピン状態についてX線磁気円二色性(XMCD)を用いた分光解析を行った。結果としてNi(111)表面上のC$$_{60}$$-Co化合物(数nm厚)では、Niの残留磁化のみで、局在スピン(Co dスピン)由来の強いXMCD信号が観測された。これはNi界面から3nm程度のC$$_{60}$$-Co化合物領域が、恐らく層間の電荷移動に関係のあるC$$_{60}$$分子を介した間接的交換相互作用により、下地のNiと強磁性的にカップリングしていることを指し示している。

論文

${it Ab initio}$ LC-DFT study of graphene, multilayer graphenes and graphite

Avramov, P.; 境 誠司; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*

Chemical Physics Letters, 508(1-3), p.86 - 89, 2011/05

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2011.04.016
 被引用回数：23 パーセンタイル：64.88(Chemistry, Physical)

Atomic structure of graphene, bi-, tri-, tetralayer graphenes and graphite as well was studied using ${it ab initio}$ HSE, LDA and PBE DFT approaches in periodic boundary conditions. Based on comparison of theoretical results with experimental data the performance of the methods was estimated. It was found that long-range corrected HSE potential is the most reliable DFT approximation to reproduce the atomic structure of weakly bound multilayer graphenes and graphite as well.

論文

Low-linear energy transfer radiolysis of liquid water at elevated temperatures up to 350$$^{circ}$$C; Monte-Carlo simulations

Sanguanmith, S.*; 室屋 裕佐*; Meesungnoen, J.*; Lin, M.; 勝村 庸介*; Mirsaleh Kohan, L.*; Guzonas, D. A.*; Stuart, C. R.*; Jay-Gerin, J.-P.*

Chemical Physics Letters, 508(4-6), p.224 - 230, 2011/05

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2011.04.059
 被引用回数：40 パーセンタイル：82.44(Chemistry, Physical)

最近得られた350$$^{circ}$$Cまでの実験結果を対象に、低LET放射線による高温水の放射線分解のモンテカルロ計算を再度試みた。水和電子同士の再結合反応の速度定数が150$$^{circ}$$C以上で急激に低下することを考慮することによって、放射線分解の物理化学過程のパラメーターの温度依存性を再検討した。これにより、計算結果は実験結果と良い一致を示した。さらに、200$$^{circ}$$C以上の高温での水素分子の収量に与える水素原子と水との反応の重要性についても議論した。

論文

Theoretical study on the mechanism of double proton transfer in porphycene by path-integral molecular dynamics simulations

吉川 武宏*; 菅原 修一*; 高柳 敏幸*; 志賀 基之; 立川 仁典*

Chemical Physics Letters, 496(1-3), p.14 - 19, 2010/08

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.07.009
 被引用回数：27 パーセンタイル：69.01(Chemistry, Physical)

全次元の経路積分分子動力学シミュレーションにより、ポルフィセンのプロトン移動による互変異性化が協奏的か逐次的かを調べた。その結果、二重プロトン移動は二次の鞍点構造を経る協奏的反応経路を通りやすいが、温度が高くなるにつれ、逐次的な機構の寄与が増すことがわかった。核の量子効果がプロトン移動メカニズムを決めるのに重要な役割を果たしている。

論文

X-ray absorption spectra of nucleotides (AMP, GMP, and CMP) in liquid water solutions near the nitrogen K-edge

鵜飼 正敏*; 横谷 明徳; 藤井 健太郎; 斎藤 祐児

Chemical Physics Letters, 495(1-3), p.90 - 95, 2010/07

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.06.056
 被引用回数：12 パーセンタイル：39.52(Chemistry, Physical)

ヌクレオチド(adenosine-5'-monophosphate, guanosine-5'-monophosophate, and cytidine-5'-monophosophate)の水溶液及び薄膜試料に対して、"水の窓"領域である窒素K吸収端近傍のX線吸収スペクトルを測定した。観測されたそれぞれのスペクトルは、ヌクレオチド分子中の核酸塩基残基部位の選択的励起を反映するため、核酸塩基に対する吸収と似たスペクトルを示した。窒素1s$$rightarrow$$$$pi$$*共鳴領域では、それぞれのヌクレオチドについて、新しいピークが観測された。しかし水溶液試料と薄膜試料のそれぞれのスペクトルの間に明確な差はなく、塩基残基の疎水的な性質により水との相互作用の効果が小さいためであると推測された。

論文

Vibration-selective coherent anti-Stokes Raman scattering with linearly chirped white-light pulses

笠嶋 辰也; 横山 啓一; 松岡 雷士; 横山 淳

Chemical Physics Letters, 485(1-3), p.45 - 48, 2010/01

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2009.12.032
 被引用回数：1 パーセンタイル：3.2(Chemistry, Physical)

A practical extension of selective excitation using broadband laser is reported. A specific molecular vibration is excited by stimulated Raman scattering induced by a pair of linearly chirped white-light pulses (650-900 nm). The white-light pulse is generated by filamentation produced in a focused Ti:sapphire laser beam ($$sim$$30 fs, 1.8 mJ/pulse). The excited amplitude is probed by coherent anti-Stokes Raman scattering using the third pulse with a narrow bandwidth (769.9 $$pm$$ 1.5 nm). As a demonstration, the N$$_{2}$$ and O$$_{2}$$ molecules are respectively excited at different time intervals of the pulse pair without changing the wavelength region of the light source.

論文

Path-integral molecular dynamics simulations for water anion clusters (H$$_2$$O)$$_5^-$$ and (D$$_2$$O)$$_5^-$$

高柳 敏幸*; 吉川 武宏*; 茂木 春樹*; 志賀 基之

Chemical Physics Letters, 482(4-6), p.195 - 200, 2009/12

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2009.09.107
 被引用回数：9 パーセンタイル：30.28(Chemistry, Physical)

水負イオンクラスター(H$$_2$$O)$$_5^-$$ and (D$$_2$$O)$$_5^-$$について、半経験的1電子擬ポテンシャル分極モデルのもとで、経路積分分子動力学シミュレーションを行った。H原子の方がD原子より 零点振動の幅が大きいため、(H$$_2$$O)$$_5^-$$の水素結合距離は(D$$_2$$O)$$_5^-$$のものより少し長くなる。また、(H$$_2$$O)$$_5^-$$の垂直電子脱離エネルギーの分布幅は(D$$_2$$O)$$_5^-$$のそれよりも広くなることがわかった。このシミュレーションは、水負イオンクラスターにおける原子核の量子効果の重要性を示している。

論文

Age-momentum correlation measurements of positron annihilation in water; Possibility of quantum beats on ortho-positronium reactions

平出 哲也

Chemical Physics Letters, 480(1-3), p.132 - 135, 2009/09

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2009.08.043
 被引用回数：4 パーセンタイル：12.57(Chemistry, Physical)

不対電子のスピンに相関のあるオルソーポジトロニウムとヒドロキシルラジカルの反応において、陽電子消滅寿命-運動量相関測定(AMOC)によって量子ビートを観測した。水中に入射した陽電子の照射効果によって、オルソーポジトロニウムとヒドロキシルラジカル中の不対電子が一重項状態であるラジカル対が形成される。このラジカル対のスピン状態は、それぞれのラジカル中で超微細結合に由来する電子の歳差運動によって一重項と三重項の間を振動する。その結果、ラジカル間のラジカル反応速度がスピン状態に依存し、結果として、ラジカル反応の競争反応であるスピン交換反応もスピン状態に依存することとなる。スピン交換反応ではオルソーポジトロニウムは短寿命(約125ピコ秒)のパラーポジトロニウムに変化し、自己消滅する。パラーポジトロニウムの自己消滅による$$gamma$$線は運動量の広がりが小さく、その結果、スピン依存の反応の時間依存性をAMOCで観測することが可能となり、量子ビートとして観測することに成功した。この測定によって、水の構造として2状態モデルを支持する結果が得られた。

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