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1,000兆分の1秒の時間遅延を観測理化学研究所

理化学研究所の研究グループは,3,000兆分の1秒という短い時間幅のパルスが並んだ「アト秒パルス列」という特殊な光で水素分子をイオン化すると,分子振動波束の生成過程が,従来考えられていた時間よりはるかに長いことを発見したと発表した。これにより,使用するパルスによって準備時間を制御可能なことを示した。

水素分子は2つの陽子と2つの電子で構成される構造が最も簡単な分子である。水素分子にパルス光を照射すると瞬間的にイオン化し,2つの陽子の結びつきが弱まって,水素分子イオンは振動を始める。水素分子イオンの振動は複数個の波動関数を足しあわせて得られる「波束」で表される。これまで水素分子イオンが振動を始める前の波束は,イオン化に伴い1 ,000兆分の0.1秒より短い時間で瞬間的に形成されるのが当然とされ,計測した例はなかったところ,本研究グループは,アト秒パルス列を2つのビームに分け,片方のアト秒パルス列がもう片方のアト秒パルス列よりわずかに遅れてターゲットの水素分子に到達する光学装置を開発することにより,2つのアト秒パルス列の照射によって生じた水素イオンの運動エネルギー分布を測定した。その結果,水素イオンの波束を形成する各波動関数の複素振幅の位相が束縛エネルギーに対して変調を受けることが分かった。

本研究は,1000兆分の0.1秒よりも短い時間で行われていると考えられていたイオン化による分子振動波束の生成過程を,使用する光パルスによって制御可能なことを示唆している。分子運動の光制御では分子中の電子を光「励起」することが重要な役割を果たすが,励起よりもはるかに早く応答する「イオン化」が新たな超高速光制御技術をもたらすかも知れないと期待される。

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