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2015年12月22日 (火)

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~光機能性物質の動作メカニズム解明に成功~

平成27年12月18日
東京工業大学
科学技術振興機構(JST)
理化学研究所
愛媛大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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ポイント
 
○光照射により原子や分子が動く様子を
 コマ撮りで撮影し、「分子動画」
 を作成。
 
○光照射による物質状態の時間変化を
 研究する手法に道を拓く。
 
○光機能性材料の応答機構の解明や、
 生体分子などの動きを目で見て理解。
 
 
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概要
 
 東京工業大学 大学院理工学研究科の
石川 忠彦 助教と腰原 伸也 教授、
マックス・プランク物質構造ダイナミクス
研究所(ドイツ)のドウェイン・ミラー 
教授らの共同研究グループは、
光スイッチ注1)候補材料である
分子性結晶注2)Me4P[Pt
(dmit)2]2(図1)に光をあて、
原子や分子が動く様子の直接観測に
世界で初めて成功した。
 
 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1ナノメートル(nm)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。
 
 ミラー教授らが開発した、超短パルス
電子線源(時間幅0.4ピコ秒程度、
1ピコ秒は1兆分の1秒)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注3)装置
により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。
 
 この手法により、生体分子をはじめ
とする様々な物質の光応答機構解明の
ための研究手法の革新が期待できる。
 
 結晶中の原子や分子に光が当たると
どのように動き、形が変化するのかが、
物質の光応答機構を解明する上での
鍵を握っている。
 
 しかし、これまでは実際の物質の動き、
特に光スイッチや光エネルギー変換注4)
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注5)の
変化から推定するしかなかった。
 
 本研究グループには理化学研究所の
加藤 礼三 主任研究員や愛媛大学の
山本 貴 准教授らが参画した。
 
 研究成果は、12月18日発行の
米科学誌「サイエンス」に掲載される。
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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
 って凄いですね。
 
>今回の研究成果により、光照射に
>応答した構造変化を直接観測
>できたため、理論モデルとの明確な
>比較が初めて可能となった。
 
>また初期過程において
>これまで考慮されていなかった
>分子の動きが観測されたことは、
>本物質を基にした光機能性分子材料の
>設計方針に重要な知見を与える
>ものである。
 
 この結果は、光合成の仕組み解明に
役立ちそうですね。
 
 科学の進歩は素晴らしい。

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