化学反応の最初の過程の動画撮影に成功 (Researchers make movie of the first steps in a chemical reaction)

2026-08-05 スタンフォード大学

スタンフォード大学の研究チームは、超高速電子回折技術を用いて、光によって開始される化学反応の最初の瞬間を「分子映画(molecular movie)」として直接観測することに成功した。研究対象は環状分子が光を吸収して開環する光化学反応で、従来は理論計算や間接的な分光測定に依存していた反応過程を、原子レベルの時間・空間分解能で可視化した。研究では超短パルスレーザーで反応を開始し、その後に電子線やX線を照射して連続的なスナップショットを取得し、反応中の原子配置の変化を動画として再構成した。その結果、化学結合の切断や原子の再配置がどの順序で進行するか、また極めて短寿命な遷移状態がどのように形成されるかを直接確認できた。これにより、光化学反応の基本メカニズムに関する理解が大きく進展し、理論モデルの検証にも重要なデータを提供した。今回の成果は、光触媒、エネルギー変換材料、生体分子反応などの研究を発展させるとともに、将来的には化学反応を精密に制御する新技術の開発につながる可能性がある。

化学反応の最初の過程の動画撮影に成功 (Researchers make movie of the first steps in a chemical reaction)
An illustration of a molecule’s electrons in motion. | Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

<関連情報>

分子の瞬間的なイオン化に対するアト秒応答 Attosecond response of molecules to impulsive ionization

Taran Driver,Zhaoheng Guo,Erik Isele,Gilbert Grell,Marco Ruberti,Jordan T. O’Neal,Oliver Alexander,Sandra Beauvarlet,David Cesar,Joseph Duris,Douglas Garratt,Kirk A. Larsen,Siqi Li,Přemysl Kolorenč,Gregory A. McCracken,Daniel Tuthill,Zifan Wang,Nora Berrah,Christoph Bostedt,Kurtis Borne,Xinxin Cheng,Louis F. DiMauro,Gilles Doumy,Paris L. Franz,… James P. Cryan
Nature Physics  Published:20 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03360-x

Abstract

When matter interacts with energetic radiation it can undergo sudden, or impulsive, ionization. This process can drive chemical change and occurs widely in space and planetary atmospheres, yet its comprehensive description challenges our current theoretical and computational capabilities as it requires advanced treatment of electron correlation and nonadiabatic dynamics beyond the Born–Oppenheimer approximation. Here we measure the response of the para-aminophenol molecule to sudden ionization. Using attosecond X-ray absorption spectroscopy, we resolve the ultrafast dynamics of the ionized molecule with atomic precision. A subfemtosecond decay corresponds to states undergoing non-radiative decay, whereas few-femtosecond oscillatory signatures are associated with electronic wavepacket motion in stable cation states that later couple to nuclear motion. We compare our measurement with state-of-the-art computational modelling, qualitatively reproducing the observed response across multiple timescales. These results provide a benchmark for computational models of sudden ionization and ultrafast charge motion in matter.

1701物理及び化学
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