【物理/化学】強力フェムト秒パルスレーザーを使ってHOMOを直接観察

新しい技術により化学反応中の電子の動きを見ることができるかもしれない

　化学は動き回る電子の学問という言葉に尽きる。反応が起こるとき、はっきりしない量
子の電子雲がある場所から別の場所に移っている。したがって、今回ベールを脱いだこの
雲の画像を得る技術は、私たちの周りにあふれる分子の理解に革命を起こすかもしれない。
　「今回開発した方法は、化学の理解において新しい時代を画するものです。この技術は
物理学者に分子中の電子軌道の3次元イメージを記録する手段を初めて提供するという意味
で大変大きな進歩です。」とイギリスMilton Keynes、Open大学の物理学者Jonathan
Underwoodは言う。
　それぞれの電子がどれぐらいの確率で見つかりそうかということによって定義される
「軌道」に広がる電子によって、互いに原子が結びつけられて分子は作られる。このよう
な分子が反応するとき、電子は所属をある原子から別の原子に移し、その結果、分子軌道
の形を変化させる。この変化が化学の基盤をなしている。
　「分子軌道を観測することができるということは、本当に多くの人を驚かせました。量
子力学がおおまかに語るところによれば、私たちは軌道を直接観測することはできないと
いうことですが、しかし実際に私たちは観測することができたのです。」とOttawaにある
カナダ国家研究会議Steacie分子科学研究所の物理学者David Villeneuveは語った。
Villeneuveは今回の方法を開発したカナダと日本の共同グループの一員で、その成果を
Nature12月16日号に発表した。
　この画像化技術は極めて短時間のレーザーパルスを使い、二つの窒素原子が単純に結び
ついてできている窒素分子を瞬時にイオン化して電子を取り去ることにより行った。この
分子が元の状態に戻るとき、電子の位置と分子のどこにレーザーパルスが当たったかによ
り異なるやり方でレーザーパルスと干渉することのできる光を電子は放射する。
　この干渉を数千回のイオン化について観測することで、窒素の最も外側に位置する軌道
の形（HOMO）を再構成することができた。像はハエの大群を長時間撮影したように不鮮明
なものだったとVilleneuveは言う。
　電子はレーザーパルスの振動電場により元いた場所から引っ張り出される。この電場の
周期は2フェムト秒（2の-15乗秒）で高くなったり低くなったりを繰り返しており、化学反
応中に動き回る電子を捕らえるのにも十分な速さだ。「この方法により原子がお互いに近
づくときに、電子がどのように再配列するのかを見ることができると思う。」（Villeneuve）
　今回は単純で直線形の窒素原子を観測しただけだが、Underwoodはこのグループともっと
複雑な分子の周りの電子の画像をとるプロジェクトを開始したところだ。彼によれば、予
備的な結果は手ごたえを感じさせるものだということだ。
　この方法は最終的には化学者が既存の化学反応を改良し、新しい触媒やどのように生物
学的な過程が行われているかを理解する手助けになるだろう。例えば、タンパク質の折り
たたみは原子と電子のわずかな相互作用により行われており、現在科学者はこれをコン
ピュータでシミュレートしようとしている。タンパク質の折りたたみ方により私たちの体
の活動が調整されており、変異型クロイツフェルト・ヤコブ病のように正しくない折りた
たみは時として致命的だ。この化学カメラはモデルに磨きをかけるのを助け、なぜタンパ
ク質の折りたたみが特定の方法で行われているかを理解する助けになるだろう、とVilleneuve。
　「近い将来、分子の結合が反応中にどのように変化していくのかを直接観測することが
できるようになるだろう。しかし、今回の成果だけでも十分目を見張らせるものだ。」と
デンマークLangelandsgade、Aarhus大学の物理学者Henrik Stapelfeldtは語った。

記事オリジナルはこちらです。
[email protected] 15�December�2004; | doi:10.1038/news041213-7
Snapshot of an electron orbital
Mark Peplow
http://www.nature.com/news/2004/041213/full/041213-7.html

化学：分子軌道の断層画像化
J. Itatani, J. Levesque, D. Zeidler, Hiromichi Niikura, H. Pepin, J. C. Kieffer, P. B. Corkum & D. M. Villeneuve
Nature 432, 867 - 871 (16 December 2004); doi:10.1038/nature03183
http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v432/n7019/abs/nature03183_fs.html

News and Views
化学：動く途中で「固まった」電子
Henrik Stapelfeldt

スレ永杉

ひらいけんかとおもった

ウホッ禁止

へー

ホモを直接観察

シライケンを観察？

狙いすぎだろ

HOMO LUMO って、福井謙一のフロンティア軌道論に出てくるやつだよな。

パスカルの想像力論じゃね

昔のホモは、今もホモ

ホモ牛乳ってオス牛から絞ったやつだよ。

すごいな、これ。
これが分子や反応中でも観測可能なら、化学界にSTM/AFMクラスの衝撃をもたらすね。
そうなったらノーベル賞も出るでしょう。つか、激しく使ってみたい。

元記事に窒素の軌道の写真が載ってるけど、phaseも判定できるのかな？

そのうち量子コンピュータを使った量子電磁力学計算だけで、実験せずに
何もかも分かるようになったりして・・

佐野量子, 佐野量子,

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　　　　　　　　 /　　.＼.,.,.,.,..,,/　　ヽ
　　　　　　　　/　:⌒ ､,ﾉi,ノ´⌒:　　｀:､
　　　　　　　,:'　《;･,;》, ）　（ '《;･,;》　:::::::',　　ホモ？
　　　　　　.,:'　　　　丿 　ヽ.　　　:::::::::::::i
　　　　　　.i　　　ノ(（　　.）.)｀ヽ:::::::::::::::::i　
　　　　　 　.',　／::::::::::U:::::::::::::＼::::::::::::i　
　　　　　 　 ｀:､ヽ:::-┬┬┬--:::/ 　／　　　
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ホモソーセージ

ホモを覗き見する装置なんていらねぇ。

こいつはすげえ。

これ今すぐうちに導入したいですよ

おや時でん分フェムト秒

皆さん予想通りのレスをありがとうございます

ベルセルクネタは無いの？

やっぱ観察できると作りやすくなるんかないろいろと

1stと4th autherは日本人だな。客員研究員なの？PRESTOの人はそれっぽいけど、
オタワ大の人はどうなのかな？

やっぱり正規分布していました。って結果だけで終わったりして

拉致問題での北朝鮮制裁問題では、帰港禁止、送金禁止では実効性がない。
中国船籍使ったり、迂回送金が可能だからね。
一番効果的なのはパチンコ賭博税を導入することだよ。
全国パチンコファンの反発を政治家が嫌がる可能性も、
こと国民的な問題となった拉致問題に関わることではクリアできるはず。
当面低税率で導入して、その後、いつでも上げるぞと威嚇すれば、北に対して実に効果的だ。
というのも、朝鮮総連はパチンコ店の３割を直轄経営してて、
朝鮮学校卒業生などの総連エリートを配置し、朝銀系が融資してる、北朝鮮の基幹産業だからだ。
ここの利益が圧縮されてしまうことほど、北にとってきつい話はない。

Ｅ＝ＭＣ２の反応の瞬間を視るためには、どれ位短時間のレーザーパルスが必要なの？
教えて、エロい人。

>>27
それは見ることが出来る類のものではない。
質量がだんだんエネルギーに変わるってんじゃなくて、
エネルギーと質量がそもそも等価だって話だから。

>>1
2の-15乗じゃなくて、2かける10の-15乗(2x10^-15)

>>27
量子論っぽいからプランク時間(5.40x10^-44[s]) だよ
知らんけど

所詮おいらたちも
コマ送りで動いているのか・・・・鬱だ

>>25
化学の人は正規分布の仕方が気になるわけですよ。
今回の分子は対称性が高いけど、非対称のやつの結果が見たいなあ

>>31
転移とかの遷移状態も見れるようになるのかなあ

これによる実測がモデル計算にフィードバックされて
触媒の改良とかに凄い威力を発揮しそうですね

新たな化学の幕開けかあ・・・

この方法で遷移状態を見るのは難しそうな感じ。
今回の方法はコロンブスの卵な感じするけど、
遷移状態の軌道の直接観測はもう２つ３つブレイクスルーが必要そうだ……。

・ω・

>>32,33
来年には私どもの装置が完成しますのでご期待ください。
ネイチャーではなくサイエンスに投稿するよ

>>35
おぉ！期待していい！？

スライムが合体します。

スレタイだけでﾜﾛﾀ（ｗ

スレタイで笑っているやつは軌道論をほとんど知らんやし。

つまりド素人。

>>1
強力フェムト秒パルスレーザーを使ってホモを直撃

>>39
ど素人だが、そのど素人が世界の９９％を占めているのだよ

大学で物理とか化学をやれば絶対勉強すると思われ。
教育学部でもやるぜ、こんなの

知ってても笑うから問題なし

すごい。スレタイで釣りをしているに関わらず記事の内容に沿ったレスがけっこうある。
さすが科ν＋。
これがν速＋だった日にゃ・・・。

>>44
スレタイで釣られても本文を読めば内容の凄さに衝撃を受けるから

>>35
期待していいのか？

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すごく…気持ちいいです。

スレタイが釣りだということにすら気づかなかった折れはなんだ

>>48
化学系の人

>46
だれかやるとおもた

>>1
なげーよ。２行に要約してくれ。

>>51　一行ですむ
「分子中の電子軌道の3次元イメージを記録する手段を提供」

>>52
それを５文字くらいで頼む

>>53
ウホ！いい男

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　 i |　　　.;';;;;ﾞ;;ﾞ;ミﾐ )ノ　 　(彡ﾉり／ﾘﾉ" ﾐ;;;;;;,,,.. ゝ　|!　　） あ （
　i| |i　　　i;;;;;;;;;;;;;rj　　　 　 );;; ヾ､;;;;...__,,　　）;;;;;;;; ヾ　 　） お （
　i| |.i 　　 ':;;;;;;;;;;' j.　　　　 i:::) ` ;;ー--､`　〈;;;;;;;::;;; i　　） お （
　i| i i　;'.⌒''~ﾞ,..　`⌒'ヽ.i　i::/ 　 ^:::::::..　i　 ,ll/ﾆi ;; l　 ） /　（
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