表面吸着種の振動波束ダイナミクス


 吸着種-基板間の振動モードは、吸着種の脱離・拡散・その他の反応につながる自由度であり、そのダイナミクスの知見は重要です。特に極短パルスレーザー励起を用いることで、位相の揃った振動波束を生成することができ、核の運動を時間領域で捉えることが可能になります。我々はフェムト秒時間分解第2高調波測定を用いて、表面に1原子層だけ吸着したアルカリ原子吸着金属表面でのアルカリ-基板間振動の振動波束ダイナミクスを観測することに成功し、その振動緩和過程、励起機構、波束制御等の研究を展開してきました。緩和過程の観測からは、振動エネルギー・位相緩和の機構に関する知見が、また励起機構を調べることにより、表面吸着系での電子・格子(振動)相互作用に関する直接的な知見が得られます。また振動の波束を時間領域で観測できることから、振動位相に依存した反応制御の新しいスキームの開拓につながると期待しています。

 特に最近、Cs吸着Cu(111)表面においてコヒーレント振動の初期位相が励起光子エネルギーに依存することを見出し,理論グループとの共同研究によりこれが基板電子系励起と表面局在電子系励起の寄与の違いによることが明らかになりました(文献9)。これは基板励起・表面局在励起によって異なるダイナミクスが誘起されることを実証した世界で初めての例であり、今後この成果を吸着系一般のダイナミクス、表面反応として重要な系に展開する段階に来ています。

参考文献



1. "Impulsive excitation of a vibrational mode of Cs on Pt(111)", K. Watanabe, N. Takagi and Y. Matsumoto, Chemical Physics Letters, 366, 606-610 (2002).

2. "Direct Time-Domain Observation of Ultrafast Dephasing in Adsorbate-Substrate Vibration under the Influence of a Hot Electron Bath: Cs adatoms on Pt(111)", K. Watanabe, N. Takagi and Y. Matsumoto, Phys Rev Lett., 92, 57401 (4 pages) (2004).

3. "Femtosecond wavepacket dynamics of Cs adsorbates on Pt(111): coverage and temperature dependences", K. Watanabe, N. Takagi and Y. Matsumoto, Phys Rev B, 71, 085414 (2005).

4. "Mode selective excitation of coherent surface phonons on alkali-covered metal surfaces", K. Watanabe, N. Takagi and Y. Matsumoto, Phys. Chem. Chem. Phys., 7, 2697-2700 (2005).

5. "Excitation mechanism and ultrafast vibrational wavepacket dynamics of alkali-metal atoms on Pt(111)", Y. Matsumoto, K. Watanabe and N. Takagi, Surf Sci., 593, 110-115 (2005).

6. "Coherent Surface Phonon Dynamics at K-covered Pt(111) Surfaces Investigated by Time-Resolved Second Harmonic Generation", M. Fuyuki, K. Watanabe, and Y. Matsumoto, Phys. Rev. B., 74, 195412 (6 pages) (2006).

7. "Electron-phonon coupling at an atomically defined interface: Na quantum well on Cu(111)", M. Fuyuki, K. Watanabe, D. Ino, H. Petek, and Y. Matsumoto, Phys. Rev. B, 76, 115427 (4 pages) (2007).

8. "Ultrafast electron and lattice dynamics at potassium-covered Cu(111) surfaces", K. Watanabe, K. Inoue, I. F. Nakai, M. Fuyuki, and Y. Matsumoto, Phys. Rev. B, 80, 075404 (10 pages) (2009).

9."Adsorbate-localized versus substrate-mediated excitation mechanisms for generation of coherent Cs-Cu stretching vibration at Cu(111)", K. Watanabe, Y. Matsumoto, T. Yasuike, and K. Nobusada, J. Phys. Chem. A, 115, 9528-9535 (2011).

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