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分子が変形する様子を2兆分の1秒刻みでコマ撮り撮影

 東京工業大学,独国マックス・プランク物質構造ダイナミクス研究所,科学技術振興機構,理化学研究所,愛媛大学の研究グループは,光スイッチ候補材料である分子性結晶Me4P[Pt(dmit)2]2 に光をあて,原子や分子が動く様子の直接観測に成功したと発表した。
 これまで,実際の物質の動き,特に,光スイッチや光エネルギー変換物質の動作で重要な,1兆分の1秒以下で起こる高速変化は光スペクトルの変化から推定するしかなかったところ,同グループは結晶中の原子や分子の動きを2兆分の1秒という時間分解能と100分の1nm以下という空間分解能を併せ持つ「分子動画」として映像化し,結晶内での特定の分子の動きの組み合わせが結晶の機能と連携していることを明らかにした。
 同グループは,超短パルス電子線源(時間幅0.4ピコ秒程度)を用いることで,分光測定に匹敵する時間分解能が得られる電子線回折像測定装置を開発した。これは電子線パルスを用いるため,X線パルスを使う際の問題の多くは解決されるうえに,放射光施設のような大型施設ではなく,通常の実験室に収まるコンパクトな測定装置で観測が可能とした。そして,同一の光応答材料候補に対して電子状態観測のための分光測定と構造変化観測のための電子線回折測定を複合・複眼的に組み合わせて利用する新手法を開発し,回折像をコマ撮りで撮影し,光照射によって構造が変化する様子を直接観測した。
 超短時間パルス電子線による電子線回折像のコマ撮り測定と特定の原子の動き方を仮定しない構造の時間変化決定手法の組み合わせは,汎用的でほかの複雑な系にも適用できる。例えば,生体分子における光合成過程のような,思いもよらない複雑な動きをする場合にも,光照射に応答した構造変化の時間依存性を直接目で見て理解する道を拓くと期待されている。

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