第五分科会

タイトル

「界面の構造と分光の分子シミュレーション」

• 講師： 石山 達也 先生 (富山大学 准教授: 研究室HP )

• 担当：高山 哲侑 (埼玉大学 山口研究室 M2)

• 担当 連絡先：sec5_at_ymsa.jp 

 紹介文

液体界面は我々の身の回りにありふれています。例えば，地球大気は海洋表面と接しています。また，大気中には微小な数多くのエアロゾル粒子が浮遊しており，それらの表面積の合計は地球表面積の100倍以上にもなるといわれています。そのため，大気化学の分野ではグローバルな大気環境がエアロゾル表面に存在する分子と気相分子との不均質反応によって大きく影響を受けると考えられています。このような不均質場での反応過程を理解するためには，エアロゾル表面，つまり液体表面に活性な分子種，分子配向，水素結合環境などの「構造」を理解する必要があります。しかし，液体界面の構造をプローブする実験手段は非常に限られています。例えば，光電子分光法などの実験では，気相側を真空にせねばならず，蒸発が生じる液体界面の構造を特定するにはいくらか困難を伴います。また，界面深さ方向の分解能という観点からも，それらの方法で得られる情報にはあいまいさが伴います。一方，界面を選択的にプローブする手法として発展してきた分光法として，２次の非線形光学過程を利用した和周波発生(Sum Frequency Generation, SFG)分光法があります。この分光法では，２種類の入射電場を界面に照射し，界面に生じる２次分極の影響により発生するSFG光をプローブします。このSFG光は，原理的に対称性が破れた領域からのみシグナルを発生するため，バルクの気相や液相領域では禁制，界面のような領域で許容となります。また，入射する２つの光のうちの１つを赤外光で掃引することにより，それに共鳴した波数の分子振動を特定できるため，界面敏感な振動和周波(Vibrational SFG, VSFG)分光法として利用できます。さらに，水溶液系の問題に限っていえば，水のOH振動が水素結合環境に敏感に応答しスペクトルシフトが起こるため，界面での詳細な水素結合構造が議論できます。しかし，界面振動スペクトルもまた，その解釈にはしばしば曖昧さを伴います。これは，実験では界面での複数の構造に起因するスペクトルの成分が全て重なった結果として全体の１つのスペクトルが観測され，そのスペクトルを一意的に分解することが難しいからです。この問題に対してVSFG分光法に対する「理論」による解析が有効です。本分科会では，分子シミュレーションにより界面構造とともにVSFGスペクトルを第一原理的に計算する手法を学び，実験だけでは解釈が難しい問題にそれらの手法をいかに応用していくかを学びます。受講者の対象として，理論研究者のみならず実験研究者を志す学生の参加を歓迎します。