表面吸着分子の光刺激脱離過程の

超高速ダイナミクス

　光照射による吸着種の脱離はもっとも単純な表面光反応と考えられ、その素過程を理解することは、様々な固体表面での光反応機構を解明する上で重要となります。
　なかでも、金属表面上に吸着した一酸化炭素分子の光刺激脱離は、表面科学の歴史の中でも長く着目されてきたテーマですが、脱離に至る吸着種のダイナミクスを直接分光学的に明らかにする試みは成功していませんでした。 　
　金属表面に紫外・可視の高強度フェムト秒レーザーパルスを照射すると、基板の電子系の温度が瞬時に上昇し、電子温度が数千Kに達すると考えられています。このような高温の基板電子が吸着分子と相互作用することにより、吸着種－基板間の種々の振動モードが励起され、効率的な脱離を引き起こします。この電子系から吸着種振動へのエネルギー移動過程の詳細は、高い時間分解能を有する分光手法によってのみ、直接明らかになります。特に、脱離過程を理解するには、束縛回転や束縛並進などの吸着種ー基板間振動モードの励起ダイナミクスをとらえることが重要ですが、これらのモードは振動数が低くまた赤外活性でないために光学的にそのダイナミクスを直接検出することは容易ではありません。 　
　我々は、従来より用いられてきたフェムト秒時間分解赤外・可視和周波発生（SFG）振動分光法を改良し、新たに位相敏感検出法を組み合わせることにより、超高真空中での固体表面での非線形感受率を実部・虚部に分けて時間分解測定することができるシステムを構築しました。これによりSFG信号の時間領域での波形を再現することが可能になり、光刺激脱離を引き起こすパルスレーザー励起を組み合わせることにより、脱離過程におけるフェムト秒スケールの振動ダイナミクスを調べることが可能になります。特に、C-O伸縮振動の瞬時周波数の時間発展をサブピコ秒の時間スケールで追跡することで、束縛回転やCO－基板間伸縮振動モードの時間発展について情報を得ることが可能となり、多くの振動自由度の中で起きる脱離過程についてこれまでにない精緻な描像を得ることに成功しました。（放送大学 安池智一教授との共同研究） （日本語の解説記事は下記文献[4,5]、また米国物理学会Veiwpoint に取り上げられた解説記事も参照してください。）