2009S2-001
物質・生命科学における実時間構造ダイナミクス研究

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→関連サイト：ERATO腰原プロジェクト「非平衡ダイナミクス」

●基本情報
　●実験責任者：足立　伸一（PF）
　●課題有効期間：2009/4〜2012/3
　●実験ステーション：NW14A
　●関連課題：2004S1-001（非均衡強相関材料開拓に向けたサブナノ秒分解Ｘ線回折ビームラインの建設と利用）

●課題の概要
　本申請は温度・圧力・磁場・光などの外場条件をパラメータとして、物質の平衡状態のみならず非平衡状態を実時間に沿って精密測定することを特色としており、物質構造の実時間ダイナミクスに基づいて、物性発現の機序、生理活性発現のメカニズムを解明することを目的としている。
　本申請では、実時間軸に沿った測定に焦点を絞り、「時間分解回折・散乱」「時間分解分光」および「実時間イメージング」の3つの手法の開拓を重点的に推進する。このような実験計画を遂行する上で、PF-ARの存在は極めて重要である。PF-ARは、世界に類を見ない通年単バンチモード運転を行っており、放射光パルスの時間構造を利用した時間分解実験を集中的かつ包括的に遂行するうえで世界的に見て極めて有利な立場にある。PF-ARは年間4000～5000時間程度の「時間分解」用ビームタイムが確保されており、非常に潤沢なビームタイムが利用可能である。この利点をフルに活用することにより、本申請ではピコ秒より遅い時間領域における物質構造の実時間ダイナミクス研究を重点的に推進する。このような研究は放射光を利用した「非平衡状態の物質構造のダイナミクスに根ざしたサイエンス」を開拓すると同時に、次世代放射光源を利用したフェムト秒オーダーの物質構造ダイナミクス研究を見据えて、そのための基礎的検討としても極めて重要である。

●成果発表

　●論文

• "Crystal structure analysis of molecular dynamics using synchrotron X-rays "
  Manabu Hoshino, Shin-ichi Adachi and Shin-ya Koshihara
  CrystEngComm, 17 (2015) 8786.
• "Application of singular value decomposition analysis to time-dependent powder diffraction data of an in-situ photodimerization reaction"
  Ahmed F. Mabied, Shunsuke Nozawa, Manabu Hoshino, Ayana Tomita, Tokushi Sato and Shin-ichi Adachi
  J. Synchrotron Rad., 21 (2014) 554.
• "ポンプ－プローブ法を用いた生体分子の構造ダイナミクス測定"
  富田 文菜, 野澤 俊介, 足立 伸一, 佐藤 篤志, 柴山 修哉
  日本結晶学会誌, 56 (2014) 253.
• "Crystal Melting by Light: X‐ray Crystal Structure Analysis of an Azo Crystal Showing Photoinduced Crystal-Melt Transition"
  Manabu Hoshino, Emi Uchida, Yasuo Norikane, Reiko Azumi, Shunsuke Nozawa, Ayana Tomita, Tokushi Sato, Shin-ichi Adachi, and Shin-ya Koshihara
  J. Am. Chem. Soc., 136 (2014) 9158.
• "Global Reaction Pathways in the Photodissociation of I₃^- Ions in Solution at 267 and 400 nm Studied by Picosecond X-Ray Liquidography"
  Kyung Hwan Kim, Hosung Ki, Key Young Oang, Shunsuke Nozawa, Tokushi Sato, Joonghan Kim, Tae Kyu Kim, Jeongho Kim, Shin-ichi Adachi and Hyotcherl Ihee
  ChemPhysChem 14 (2013) 3687.
• "Solvent-Dependent Molecular Structure of Ionic Species Directly Measured by Ultrafast X-Ray Solution Scattering"
  Kyung Hwan Kim, Jae Hyuk Lee, Joonghan Kim, Shunsuke Nozawa, Tokushi Sato, Ayana Tomita, Kouhei Ichiyanagi, Hosung Ki, Jeongho Kim, Shin-ichi Adachi and Hyotcherl Ihee
  Phys. Rev. Lett., 110 (2013) 165505.
• "時間分解XAFSによる水溶液中の[Ru^II(bpy)₃]²⁺の³MLCT状態の構造観測"
  佐藤篤志
  日本結晶学会誌, 55 (2013) 14.
• "Ligand Migration in Myoglobin: A Combined Study of Computer Simulation and X-Ray Crystallography"
  T. Tsuduki, A. Tomita, S. Koshihara, S. Adachi and T. Yamato
  J. Chem. Phys., 136 (2012) 165101.
• "A Time-Resolved Powder Diffraction Study of in-situ Photodimerization Kinetics of 9-Methylanthracene using a CCD Area Detector and Parametric Rietveld Refinement"
  A.F. Mabied, M. Muller, R.E. Dinnebier, S. Nozawa, M. Hoshino, A. Tomita, T. Sato and S. Adachi
  Acta Cryst. B, 68 (2012) 424.
• "Shock-induced intermediate-range structural change of SiO₂ glass in the nonlinear elastic region"
  K. Ichiyanagi, N. Kawai, S. Nozawa, T. Sato, A. Tomita, M. Hoshino, K. G. Nakamura, S. Adachi and Y.C. Sasaki
  Appl. Phys. Lett. 101 (2012) 181901.
• "Reversible phase transition in laser-shocked 3Y-TZP ceramics observed via nanosecond time-resolved x-ray diffraction"
  J. Hu, K. Ichiyanagi, H. Takahashi, H. Koguchi, T. Akasaka, N. Kawai, S. Nozawa, T. Sato, Y.C. Sasaki, S. Adachi and K.G. Nakamura
  J. Appl. Phys. 111 (2012) 053526.
• "Coordination and Electronic Structure of Ruthenium(II)-tris-2,2'-bipyridine in the Triplet Metal-to-Ligand Charge-Transfer Excited State Observed by Picosecond Time-Resolved Ru K-Edge XAFS"
  T. Sato, S. Nozawa, A. Tomita, M. Hoshino, S. Koshihara, H. Fujii and S. Adachi
  J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 14232.
• "Direct Observation of Cooperative Protein Structural Dynamics of Homodimeric Hemoglobin from 100 ps to 10 ms with Pump–Probe X-ray Solution Scattering" ,
  K.H. Kim, S. Muniyappan, K.Y. Oang, J. G. Kim, S. Nozawa, T. Sato, S. Koshihara, R. Henning, I. Kosheleva, H. Ki, Y. Kim, T.W. Kim, J. Kim, S. Adachi and H. Ihee
  J. Am. Chem. Soc., 134 (2012) 7001.
• "Determination of the Structural Features of a Long-Lived Electron-Transfer State of 9-Mesityl-10-methylacridinium Ion"
  M. Hoshino, H. Uekusa, A. Tomita, S. Koshihara, T. Sato, S. Nozawa, S. Adachi, K. Ohkubo, H. Kotani and S. Fukuzumi
  J. Am. Chem. Soc., 134 (2012) 4569.
• "Coordination and Electronic Structure of Ruthenium(II)-tris-2,2'-bipyridine in the Triplet Metal-to-Ligand Charge-Transfer Excited State Observed by Picosecond Time-Resolved Ru K-Edge XAFS"
  T. Sato, S. Nozawa, A. Tomita, M. Hoshino, S. Koshihara, H. Fujii and S. Adachi
  J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 14232.
• "Crystallographic Analysis of the Primary Photochemical Reaction of Squid Rhodopsin"
  M. Murakami and T. Kouyama
  J. Mol. Biol., 413 (2011) 615.
• "Evidence of One-Dimensional Precursors in the Photoinduced Transformation in TTF-CA"
  L. Guerin, E. Collet, J. Hebert, M.B.-L. Cointe, S. Adachi, S. Koshihara and H. Cailleau
  Acta Cryst. A, 67 (2011) C522.
• "Laser-Induced Picosecond Lattice Oscillations in Submicron Gold Crystals"
  K. Ichiyanagi, H. Sekiguchi, S. Nozawa, T. Sato, S. Adachi and Y.C. Sasaki
  Phys. Rev. B, 84 (2011) 024110.
• “Transient photoinduced ‘hidden’ phase in a manganite”
  H. Ichikawa, S. Nozawa, T. Sato, A. Tomita, K. Ichiyanagi, M. Chollet, L. Guerin, N. Dean, A. Cavalleri, S. Adachi, T. Arima, H. Sawa, Y. Ogimoto, M. Nakamura, R. Tamaki, K. Miyano and S. Koshihara
  Nature Materials, 10 (2011) 101.
• "Ultrafast X-Ray Scattering: Structural Dynamics from Diatomic to Protein Molecules"
  H. Ihee, M. Wulff, J. Kim and S. Adachi
  Int. Rev. Phys. Chem., 29 (2010) 453.
• "Synchrotron-Based Time-Resolved X-Ray Solution Scattering (Liquidography)"
  S. Adachi, J. Kim and H. Ihee
  "Advances in Lasers and Electro Optics" ed. N.Costa and A. Cartaxo, (2010) 787.
• “Capturing One-Dimensional Precursors of a Photoinduced Transformation in a Material”
  L. Guerin J. Hebert, M. Buron-Le Cointe, S. Adachi, S. Koshihara, H. Cailleau and E. Collet
  Phys. Rev. Lett., 105 (2010) 246101.
• “It’s hollow: the function of pores within myoglobin”
  A. Tomita, U. Kreutzer, S. Adachi, S. Koshihara and T. Jue
  J. Exp. Biol., 213 (2010) 2748.
• “Tracking ligand-migration pathways of carbonmonoxy myoglobin in crystals at cryogenic temperatures”
  A. Tomita, T. Sato, S. Nozawa, S. Koshihara and S. Adachi
  Acta Cryst., A66 (2010) 220.
• “Direct probing of spin state dynamics coupled with electronic and structural modifications by picosecond time-resolved XAFS”
  S. Nozawa, T. Sato, M. Chollet, K. Ichiyanagi, A. Tomita, H. Fujii, S. Adachi and S. Koshihara
  J. Am. Chem. Soc., 132 (2010) 61.
• "Crystal Structures of Different Substates of Bacteriorhodopsin's M Intermediate at Various pH Levels"
  M. Yamamoto, N. Hayakawa, M. Murakami and T. Kouyama
  J. Mol. Biol., 393 (2009) 559.
• “Visualizing breathing motion of internal cavities in concert with ligand migration in myoglobin
  A. Tomita, T. Sato, K. Ichiyanagi, S. Nozawa, H. Ichikawa, M. Chollet, F. Kawai, S.-Y. Park, T. Tsuduki, T. Yamato, S. Koshihara and S. Adachi
  ” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106 (2009) 2612.
• “100 ps time-resolved solution scattering utilizing a wide-bandwidth X-ray beam from multilayer optics”
  K. Ichiyanagi, T. Sato, S. Nozawa, K.H. Kim, J.H. Lee, J. Choi, A. Tomita, H. Ichikawa, S. Adachi, H. Ihee and S. Koshihara
  J. Synchrotron Rad., 16 (2009) 391.
• “Capturing molecular structural dynamics by 100 ps time-resolved X-ray absorption spectroscopy”
  T. Sato, S. Nozawa, K. Ichiyanagi, A. Tomita, M. Chollet, H. Ichikawa, H. Fujii, S. Adachi, and S. Koshihara
  J. Synchrotron Rad., 16 (2009) 110.