所属
理学院 特定講師
職名
特定講師
外部リンク
学位
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博士（理学） （ 2011年3月 東北大学 ）
研究キーワード
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化学反応動力学
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分子分光学
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クラスター化学
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フェムト秒化学
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物理化学
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波動関数イメージング
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分子動画
研究分野
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ナノテク・材料 / 基礎物理化学
学歴
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東北大学大学院 理学研究科 化学専攻 博士後期課程
2008年4月 - 2011年3月
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東北大学大学院 理学研究科 化学専攻 博士前期課程
2006年4月 - 2008年3月
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東北大学 理学部 化学科
2002年4月 - 2006年3月
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新潟県立長岡高等学校 理数科
1999年4月 - 2002年3月
経歴
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北里大学 理学部 准教授
2025年4月 - 現在
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東京工業大学 理学院 特定講師
2020年9月 - 現在
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北里大学 理学部化学科 講師
2020年9月 - 2025年3月
国名：日本国
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東京工業大学 理学院化学系 助教
2015年3月 - 2020年8月
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自然科学研究機構 分子科学研究所 助教
2011年4月 - 2015年2月
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日本学術振興会 特別研究員（DC1）
2008年4月 - 2011年3月
所属学協会
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分子科学会
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日本光学会
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レーザー学会
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日本分光学会
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日本化学会
委員歴
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日本分光学会 企画委員
2022年7月 - 現在
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日本分光学会 「分光研究」編集委員
2022年4月 - 現在
団体区分：学協会
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分子科学研究所装置開発室 運営委員会所外委員
2021年4月 - 2025年3月
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日本光学会 光科学および光技術調査委員会(関東)委員
2021年4月 - 2023年3月
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文部科学省 科学技術政策研究所 専門調査員
2020年4月 - 現在
団体区分：政府
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日本分光学会先端レーザー分光部会 コアメンバー
2016年4月 - 現在
団体区分：学協会
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光科学異分野横断萌芽研究会 化学系組織委員
2015年4月 - 2018年3月
団体区分：学協会
論文
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Rotational spectroscopy of the argon dimer by time-resolved Coulomb explosion imaging of rotational wave packets 査読
Mizuse, Kenta, Sato, Urara, Tobata, Yuya, Ohshima, Yasuhiro
Physical Chemistry Chemical Physics 24 ( 18 ) 11014 - 11022 2022年5月
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Space-slice ion imaging: High slice resolution imaging in the polarization plane of arbitrarily polarized ionizing light 査読
Kenta Mizuse, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 90 ( 10 ) 2019年10月
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Quantum unidirectional rotation directly imaged with molecules 査読
Kenta Mizuse, Kenta Kitano, Hirokazu Hasegawa, Yasuhiro Ohshima
SCIENCE ADVANCES 1 ( 6 ) 2015年7月
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Structural Origin of the Antimagic Number in Protonated Water Clusters H+(H2O)(n): Spectroscopic Observation of the "Missing" Water Molecule in the Outermost Hydration Shell 査読
Kenta Mizuse, Asuka Fuji
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS 2 ( 17 ) 2130 - 2134 2011年9月
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Structural trends of ionized water networks: Infrared spectroscopy of water cluster radical cations (H2O)(n)(+) (n=3-11) 査読
Kenta Mizuse, Jer-Lai Kuo, Asuka Fujii
CHEMICAL SCIENCE 2 ( 5 ) 868 - 876 2011年
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Infrared Spectra and Hydrogen-Bonded Network Structures of Large Protonated Water Clusters H+(H2O)(n) (n=20-200) 査読
Kenta Mizuse, Naohiko Mikami, Asuka Fujii
ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 49 ( 52 ) 10119 - 10122 2010年
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Observation of the Charge Resonance Band of Hemibonded (H 2 O) 2 + in the Gas Phase 査読
Mizuhiro Kominato, Tatsuki Hosoda, Kenta Mizuse, Susumu Kuma, Andrey F. Vilesov, Asuka Fujii
The Journal of Physical Chemistry Letters 17 ( 26 ) 7322 - 7327 2026年6月
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Infrared Spectroscopy of Radical-Cation Clusters (NH 3 ) n =4–6 + 査読
Amandeep Singh, Arisa Iguchi, Zane Golpariani, Tom C. Bernaards, Asuka Fujii, Hajime Tanuma, Toshiyuki Azuma, Kenta Mizuse, Susumu Kuma, Andrey F. Vilesov
The Journal of Physical Chemistry A 129 ( 42 ) 9721 - 9732 2025年10月
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Infrared Spectroscopy of Radical Cation Clusters (NH3)2+ and (NH3)3+ 査読
Amandeep Singh, Arisa Iguchi, Tom C. Bernaards, Zane Golpariani, Kenta Mizuse, Asuka Fujii, Hajime Tanuma, Toshiyuki Azuma, Susumu Kuma, Andrey Vilesov
The Journal of Physical Chemistry A 129 ( 10 ) 2472 - 2481 2025年2月
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Arisa Iguchi, Amandeep Singh, Stefan Bergmeister, Andrew A. Azhagesan, Kenta Mizuse, Asuka Fujii, Hajime Tanuma, Toshiyuki Azuma, Paul Scheier, Susumu Kuma, Andrey F. Vilesov
The Journal of Physical Chemistry Letters 8199 - 8204 2023年9月
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Makoto Nikaido, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
The Journal of Physical Chemistry A 127 ( 23 ) 4964 - 4978 2023年5月
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Kenta Mizuse, Koyomi Takano, Eri Kakizaki, Yuya Tobata, Yasuhiro Ohshima
The Journal of Physical Chemistry A 127 ( 22 ) 4848 - 4855 2023年5月
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Direct imaging of the hyperfine depolarization in electronically excited NO molecules 査読
Dai Ikeda, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
Physical Review A 107 ( 4 ) 043116 2023年4月
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Rotational wave-packet imaging spectroscopy of the ethylene dimer 査読
Yasuhiro Ohshima, Yuya Tobata, Kenta Mizuse
Chemical Physics Letters 803 139850 - 139850 2022年9月
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Quantum-state reconstruction of unidirectional molecular rotations 査読
Kazuki Ueno, Kenta Mizuse, Yasuhiro Ohshima
Physical Review A 103 ( 5 ) 053104 2021年5月
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Direct imaging of direction-controlled molecular rotational wave packets created by a polarization-skewed double-pulse 招待 査読
Kenta Mizuse, Naoya Sakamoto, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 22 ( 19 ) 10853 - 10862 2020年5月
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Acceleration and Deceleration of Unidirectional Molecular Rotation by a Femtosecond Laser Pulse 査読
Kenta Mizuse, Romu Fujimoto, Yasuhiro Ohshima
CHEMISTRY LETTERS 48 ( 11 ) 1371 - 1374 2019年11月
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Visualizing rotational wave functions of electronically excited nitric oxide molecules by using an ion imaging technique 査読
Kenta Mizuse, Nao Chizuwa, Dai Ikeda, Takashi Imajo, Yasuhiro Ohshima
Physical Chemistry Chemical Physics 20 ( 5 ) 3303 - 3309 2018年2月
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Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation 査読
Kenta Mizuse, Romu Fujimoto, Nobuo Mizutani, Yasuhiro Ohshima
JOVE-JOURNAL OF VISUALIZED EXPERIMENTS ( 120 ) 2017年2月
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Hydrogen-bonded ring closing and opening of protonated methanol clusters H+(CH3OH)(n) (n=4-8) with the inert gas tagging 査読
Ying-Cheng Li, Toru Hamashima, Ryoko Yamazaki, Tomohiro Kobayashi, Yuta Suzuki, Kenta Mizuse, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 17 ( 34 ) 22042 - 22053 2015年
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Infrared spectroscopic studies on hydrogen-bonded water networks in gas phase clusters 査読
Asuka Fujii, Kenta Mizuse
INTERNATIONAL REVIEWS IN PHYSICAL CHEMISTRY 32 ( 2 ) 266 - 307 2013年6月
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Characterization of a Solvent-Separated Ion-Radical Pair in Cationized Water Networks: Infrared Photodissociation and Ar-Attachment Experiments for Water Cluster Radical Cations (H2O)(n)(+) (n=3-8) 査読
Kenta Mizuse, Asuka Fujii
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 117 ( 5 ) 929 - 938 2013年2月
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Folding of the Hydrogen Bond Network of H+(CH3OH)(7) with Rare Gas Tagging 査読
Toru Hamashima, Ying-Cheng Li, Michael C. H. Wu, Kenta Mizuse, Tomohiro Kobayashi, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 117 ( 1 ) 101 - 107 2013年1月
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Infrared spectroscopy of large protonated water clusters H +(H2O)20-50 cooled by inert gas attachment 査読
Kenta Mizuse, Asuka Fujii
Chemical Physics 419 2 - 7 2013年
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Structures of hydrogen bond networks formed by a few tens of methanol molecules in the gas phase: size-selective infrared spectroscopy of neutral and protonated methanol clusters 査読
Tomohiro Kobayashi, Ryunosuke Shishido, Kenta Mizuse, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 15 ( 24 ) 9523 - 9530 2013年
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Tuning of the Internal Energy and Isomer Distribution in Small Protonated Water Clusters H+(H2O)(4-8): An Application of the Inert Gas Messenger Technique 査読
Kenta Mizuse, Asuka Fujii
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 116 ( 20 ) 4868 - 4877 2012年5月
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Solvation-Induced sigma-Complex Structure Formation in the Gas Phase: A Revisit to the Infrared Spectroscopy of [C6H6-(CH3OH)(2)](+) 査読
Kenta Mizuse, Yuta Suzuki, Naohiko Mikami, Asuka Fujii
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 115 ( 41 ) 11156 - 11161 2011年10月
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Spectral Signatures of Four-Coordinated Sites in Water Clusters: Infrared Spectroscopy of Phenol-(H2O)(n) (similar to 20 <= n <= similar to 50) 査読
Toru Hamashima, Kenta Mizuse, Asuka Fujii
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 115 ( 5 ) 620 - 625 2011年2月
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Infrared photodissociation spectroscopy of H+(H2O)(6)center dot M-m (M = Ne, Ar, Kr, Xe, H-2, N-2, and CH4): messenger-dependent balance between H3O+ and H5O2+ core isomers 査読
Kenta Mizuse, Asuka Fujii
PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 13 ( 15 ) 7129 - 7135 2011年
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Infrared and Electronic Spectroscopy of Benzene-Ammonia Cluster Radical Cations [C6H6(NH3)(1,2)](+): Observation of Isolated and Microsolvated sigma-Complexes 査読
Kenta Mizuse, Hayato Hasegawa, Naohiko Mikami, Asuka Fujii
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 114 ( 42 ) 11060 - 11069 2010年10月
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Infrared Spectroscopy of Phenol-(H2O)(n > 10): Structural Strains in Hydrogen Bond Networks of Neutral Water Clusters 査読
Kenta Mizuse, Toru Hamashima, Asuka Fujii
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 113 ( 44 ) 12134 - 12141 2009年11月
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Observation of an isolated intermediate of the nucleophilic aromatic substition reaction by infrared spectroscopy 査読
Hayato Hasegawa, Kenta Mizuse, Masaki Hachiya, Yoshiyuki Matsuda, Naohiko Mikami, Asuka Fujii
ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 47 ( 32 ) 6008 - 6010 2008年
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Long range influence of an excess proton on the architecture of the hydrogen bond network in large-sized water clusters 査読
Kenta Mizuse, Asuka Fujii, Naohiko Mikami
JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 126 ( 23 ) 2007年6月
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Compatibility between methanol and water in the three-dimensional cage formation of large-sized protonated methanol-water mixed clusters 査読
Ken-ichiro Suhara, Asuka Fujii, Kenta Mizuse, Naohiko Mikami, Jer-Lai Kuo
JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 126 ( 19 ) 2007年5月
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Infrared and electronic spectroscopy of a model system for the nucleophilic substitution intermediate in the gas phase: The C-N valence bond formation in the benzene-ammonia cluster cation 査読
K Mizuse, A Fujii, N Mikami
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 110 ( 20 ) 6387 - 6390 2006年5月
書籍等出版物
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Spectroscopic Investigations of Hydrogen Bond Network Structures in Water Clusters
（ 担当： 単著）
2013年 （ ISBN:9784431543114 ）
MISC
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分子運動の実時間イメージングに基づく高分解能分光 招待 査読
水瀬 賢太
分光研究 72 ( 6 ) 214 - 214 2023年12月
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分子回転波束の高精度時空間イメージング 招待 査読
水瀬賢太
Molecular Science 13 ( 1 ) A0104 - A0104 2019年9月
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普及型3Dプリンターを用いた光学マウントの作製とその性能評価 招待 査読
水瀬賢太, 上野一樹, 大島康裕
分光研究 66 ( 2 ) 54 - 57 2017年2月
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複雑な分子系の理解に向けた気相クラスターイオンの分光研究 : 化学反応中間体の観測と水素結合構造の微視的キャラクタリゼーションを例として 査読
水瀬賢太
分光研究 61 ( 4 ) 148 - 158 2012年4月
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時間領域ラマン分光の超高分解能化 招待 査読
水瀬賢太
分光研究 71 ( 1 ) 25 - 26 2022年2月
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光を用いたキラル分子の空間分離に向けて 招待
水瀬賢太
化学 75 ( 2 ) 61 - 62 2020年2月
受賞
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日本分光学会奨励賞
2022年10月 日本分光学会 分子振動・回転波束ダイナミクスの高精度イメージングと分光応用
水瀬賢太
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第11回分子科学会奨励賞
2018年9月 分子科学会 高精度核波束イメージングによる気相分子および分子クラスターの構造とダイナミクスの研究
水瀬 賢太
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PCCP prize
2017年3月 英国王立化学会・日本化学会 Direct imaging study of gas-phase ultrafast molecular dynamics using a newly developed space-slice ion imaging technique
水瀬 賢太
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コニカミノルタ画像科学奨励賞
2016年2月 コニカミノルタ科学技術振興財団 超高速分子ダイナミクス研究に向けた新規断層イメージング装置の開発
水瀬 賢太
共同研究・競争的資金等の研究課題
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全自由度量子化学と光コム精密分子分光で解き明かす核の量子効果
研究課題/領域番号：25H01271 2025年4月 - 2030年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
岩國 加奈, 立川 仁典, 兼松 佑典, 中島 正和, 久間 晋, 水瀬 賢太
配分額：171340000円 （ 直接経費：131800000円 、 間接経費：39540000円 ）
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分子動画撮影に基づく波動関数分光法の開発と展開
研究課題/領域番号：JPMJFR236P 2024年10月 - 2028年3月
科学技術振興機構（JST） 創発的研究支援事業（フェーズ１）
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振動波束制御・イメージングを用いた分子間振動・大振幅振動ダイナミクスの研究
研究課題/領域番号：24K08358 2024年4月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
水瀬 賢太
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分子動画撮影に基づく波動関数分光法の開発と展開
研究課題/領域番号：24014539 2024年 - 2031年
科学技術振興機構 戦略的な研究開発の推進/創発的研究支援事業
水瀬 賢太
分子の運動を波動関数レベルで高精度動画観測することで、分子のどのような動き方がどのような周波数に対応するかを明らかにする、新しい分子分光法を開発・展開します。これにより、従来困難であったスペクトル情報の解釈について、実験的な帰属が与えられることになり、分光学に大きなインパクトを与えます。測定の広帯域化や多自由度系への適用に挑戦し、技術基盤としての確立を目指します。
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新規高感度・高分解能分光による星間イオン種の構造と分子間相互作用の研究
研究課題/領域番号：23H03994 2023年4月 - 2025年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 学術変革領域研究(A)
水瀬 賢太
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大振幅振動量子波束の造形学の構築：異性化反応の制御と可視化
研究課題/領域番号：22H00312 2022年4月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
大島 康裕, 水瀬 賢太, 中村 雅明
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イオン種に対する広帯域・高分解能分子分光の実現と星間イオン化学研究への応用
研究課題/領域番号：21H05434 2021年9月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 学術変革領域研究(A)
水瀬 賢太
担当区分：研究代表者
配分額：5200000円 （ 直接経費：4000000円 、 間接経費：1200000円 ）
本研究は、星間化学の理解・予測に必要なイオン－分子間の高精度ポテンシャルの構築、および新規星間分子イオンの同定のため、広範な分子イオンや分子イオン錯体に適用可能な、汎用・高感度・広帯域・高分解能分光法を開発し、星間イオン化学の発展に寄与することを目的とするものである。初年度の研究では、分子振動・回転運動の実時間観測に基づく新しいタイプの振動分光・回転分光を達成した。これまでに他のグループや、研究者自身によっても、同種の実験が行われてきたが、今回、高い信号計数率と高い空間分解能を両立する画像観測装置を組み合わせることで、既存の分光法よりも1桁周波数分解能を向上させることに成功した。具体的な対象として、希ガス集合体、有機分子集合体について、その回転運動や分子間振動の観測に成功した。特にアルカン分子系では、隣に分子がいるにもかかわらず、分子同士は自由に回転しつつも適度な分子間距離を保って存在することが明らかになった。これはアルキル基同士の緩い相互作用の分子論的本質を示す成果である。現在さらなるサポート実験を行っている。初年度に測定対象とした系は、生成が比較的容易な中性分子種であったため、イオン種への展開を目指す本研究においては、原理検証としての位置づけの実験であったが、分子間相互作用研究における重要なベンチマークの一つになる結果が得られた。測定によって周波数分解能や信号計数率が十分であることが確認できたため、イオン種への適用を行っていく。
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配向分子の超高速荷電粒子イメージングによる分子内電荷移動反応過程の研究
研究課題/領域番号：21K18938 2021年7月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
水瀬 賢太
配分額：6500000円 （ 直接経費：5000000円 、 間接経費：1500000円 ）
本研究は、一般の多原子分子に対する、光励起ダイナミクスを実時間かつ直接的な原子空間分布測定によって追跡する手法を開発し、励起状態研究に応用をはかるものである。具体的には、時間分解クーロン爆発イメージングによって放出される複数のイオン種を別々の画像検出器で、複数の方向からとらえる新しい画像観測装置を開発し、さらに分子配向技術と組み合わせることで詳細な観測を目指す。初年度の研究では、新しい画像観測装置の開発を行った。一般的な画像観測装置では、検出器は1つもしくは2つを、光の進行方向に平行に設置する。そのような配置では、光の偏光方向のダイナミクス観測が困難である。本研究では、2つの検出器をそれぞれ垂直の関係で設置する配置を導入した。1つはレーザーの進行方向に平行であり、もう1つはレーザーの偏光面に平行となる。この2つの検出器によって、1レーザーショットで放出される複数のイオン種を、同時に検出し、分子の3次元的な構造や配向を観測した。具体的な対象として、非対称コマの例であるキラル分子、参加プロピレンの光誘起エナンチオ選択的配向ダイナミクスを取り上げた。酸化プロピレンの回転運動を一方向に制御すると、分子a軸の回転がレーザー偏光面内に制御される。しかし、レーザー進行方向に注目すると、R体とS体で異なる配向を示すとされている。そのような超高速キラルダイナミクスを直接とらえた例は極めて稀である。本研究では、酸化プロピレンのクーロン爆発イメージングによって生じた炭素原子イオンの分布を1つ目のカメラで撮像し、回転方向を精査するとともに、酸素原子イオンの分布測定によって、レーザー進行方向に対するエナンチオ選択的配向状態が現れ、それが時々刻々変化する様子をとらえた。この成果は、新たな画像観測法が確立できたことを表しており、分子ダイナミクスを大きく発展させるものといえる。
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振動回転波束イメージングに基づく広帯域・高分解能分子分光法の開発
研究課題/領域番号：19K22164 2019年6月 - 2021年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
水瀬 賢太
担当区分：研究代表者
配分額：6500000円 （ 直接経費：5000000円 、 間接経費：1500000円 ）
本研究では、分子の超高速振動・回転波束運動をスナップショット的に画像化する申請者独自の技術を用いた新しい分子分光法を開発・展開し、これまで未知だった物性の測定を通じて分子科学・物質科学の発展に寄与することを目的としている。提案手法は分子運動における動的挙動を画像の時間変化として観測し、そのフーリエ変換から周波数領域の分光情報を抽出するものである。本手法により、従来の周波数領域高分解能分光では研究が困難とされてきた永久双極子をもたない分子種の分光実験が可能になると期待される。今年度までの研究では、永久双極子を持たない、もしくは分子系内部で打ち消しあってしまう系の検出が可能な画像観測装置の設計・開発・改良を行った。原理検証が済んでいた窒素多量体に加え、脂肪族炭化水素系のような、有機分子間相互作用の研究に効果的な分子系の分子数選別画像観測に成功している。この装置を、広帯域励起光源・時間分解ポンププローブ光学系を組み合わせることで波束イメージング分光が可能となる。光源としては、励起光の帯域がスペクトル帯域に直結する。分子間振動や大振幅振動を含む10THzをカバーできるものを立ち上げている。周波数分解能はポンププローブの遅延時間の逆数に対応する。既存の手法では数ナノ秒の遅延（数100MHz分解能）のものがほとんどであったが、本年度の研究では、多重周回光学系を新規に設計し、数10MHzの周波数分解能を達成できるセットアップを構築した。多重周回で生じる光路の不安定さが生じており、安定化マウント、光路のカバー導入、分子線の追跡の導入などを進め、さらなる分解能向上を進めている。
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新規光電子・光イオン断層画像観測法を用いた分子ダイナミクス研究の展開
研究課題/領域番号：16K13927 2016年4月 - 2018年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究 挑戦的萌芽研究
水瀬 賢太
担当区分：研究代表者
配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）
分子の光イオン化で生じる光電子やイオンの空間分布を測定する荷電粒子イメージング法はダイナミクス研究の強力な手法の一つである。既存の観測法では、レーザーや検出器の配置が制限され、観測困難な現象の存在が指摘されてきた。本研究では、光電子や光イオンの3次元的空間分布のうち、レーザーの偏光面内のみの断層像を直接撮像する新規イメージング装置を開発、設計し、分子や分子クラスターのダイナミクス研究に最適化した。開発した装置によって、分子運動を支配する波動関数（の2乗）を直接的に可視化することが可能となり、分子ダイナミクスを量子性・波動性を含めて理解するための新ツールたりえるものになったと考えている。
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分子クラスターの運動制御・分光・画像観測による分子間相互作用ダイナミクスの研究
研究課題/領域番号：16H00826 2016年4月 - 2018年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
水瀬 賢太
担当区分：研究代表者
配分額：6760000円 （ 直接経費：5200000円 、 間接経費：1560000円 ）
今年度の研究では、広帯域のパルス光を用いた運動制御法と、先端的分光法、そして独自の画像観測技術を開発・利用することで、分子のさまざまなダイナミクス観測を行った。
１．新規光電子・光イオン断層イメージング法の開発
分子の光イオン化で生じる光電子やイオンの空間分布を測定する荷電粒子イメージング法はダイナミクス研究の強力な手法の一つである。しかし、既存のイメージング法では、レーザーや検出器の配置が制限され、観測困難な現象の存在が指摘されてきた。本研究では、光電子や光イオンの3次元的空間分布のうち、レーザーの偏光面内のみの断層像を直接撮像する新規イメージング装置を開発、設計し、さらにテストマシンによる試行実験を経て分子や分子クラスターのダイナミクス研究に最適化したものを新規に製作した。開発した装置によって、分子運動を支配する波動関数（の2乗）を直接的に可視化することが可能となり、分子ダイナミクスを量子性・波動性を含めて理解するための新ツールたりえるものになったと考えている。
２．新規振動回転イメージング分光法の開発と分子クラスターに対する応用
本研究で開発したイメージング装置を用いて、分子クラスターの分子間振動、回転ダイナミクスの実時間追跡を行った。観測された画像の時間変化から、分子間振動に帰属されるピコ秒オーダーの周期と、回転運動に帰属されるナノ秒オーダーの周期が得られた。両者の逆数から、分子クラスターの分子間振動数（相互作用ダイナミクス）や回転定数（分子構造）が求められる。さらに、本手法を多重パルス照射に基づく振動コヒーレント制御と組み合わせることで、複数の分子間振動をモード選択的に観測し、ダイナミクスの詳細に迫ることを可能にした。 -
研究課題/領域番号：15H03766 2015年4月 - 2018年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
大島 康裕, 水瀬 賢太
配分額：17030000円 （ 直接経費：13100000円 、 間接経費：3930000円 ）
極短パルス光励起による量子状態のコヒーレンス制御法とイオンイメージング法を融合した新規計測の開発に取り組み、これまでに分光学的実験データが殆どない(N2)2を研究対象として、その振動ならびに回転量子波束の生成と観測を行った。本成果は「時間領域の高分解能分子分光」とでも呼ぶべき新規計測技術を確立したものと言える。さらに、ベンゼンと水素分子から構成されるクラスターについて質量選別２波長２光子イオン化分光を適用し、分子間相互作用に関する最も重要な実験情報である結合エネルギーの決定を行い、スピン異性体の結合エネルギー差を初めて定量的に特定することに成功した。
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水和クラスターにおける水素結合ダイナミクスの光制御と実時間観測
研究課題/領域番号：26810011 2014年4月 - 2016年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B) 若手研究(B)
水瀬 賢太
配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）
本研究は気相中の分子クラスターにおいて、分子間相互作用ダイナミクスの観測によって、低エネルギー領域でも生じる分子の低振動大規模構造変化ダイナミクスの詳細に迫ろうとするものである。目的のダイナミクスは低温でもランダムに誘起されてしまうため、光を用いた能動的な制御と、ピコ秒以下の時間スケールで周期運動する超高速ダイナミクスを明瞭に観測するための新しい実時間画像観測装置の開発を行った。独自設計に基づく装置を用いることで、初めて分子クラスターの振動回転ダイナミクスの実時間画像観測に成功し、ダイナミクス情報を得ることができた。
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分子クラスターの振動コヒーレント制御による分子間相互作用ダイナミクスの研究
研究課題/領域番号：26104539 2014年4月 - 2016年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
水瀬 賢太
配分額：6500000円 （ 直接経費：5000000円 、 間接経費：1500000円 ）
１．超高速分子ダイナミクスの高解像度観測に向けた新規イメージング法の開発
気相分子系ダイナミクスの強力な可視化法である、荷電粒子イメージング法に対して、独自の視点に基づく観測原理を導入し、高分解能かつ高スループットの画像観測装置を設計・開発した。既存の2次元計測では、系に軸対称性がない場合の分布算出が不可能であった。本研究では、そのような困難を取り除くため、空間断層画像化法を組み込み、さらに精密スリットの製作によって分解能の向上を図った。
２．実時間イメージングを用いた分子クラスターの低振動ダイナミクス観測
新規イメージング法を分子クラスター種に適用することで、微弱なクラスター由来のイオン信号の検出に成功した。ダイナミクス研究については、地球大気で重要性が指摘されているにも関わらず研究例が少ない窒素多量体を対象とし、フェムト秒レーザー照射による、ラマン活性な低振動の回転、振動モードのコヒーレント励起を行った。誘起したダイナミクスをフェムト秒の時間分解能で画像観測することで、振動、回転周期の直接測定に成功した。得られた情報から、これまで測定困難だった双極子をもたない多量体の構造とダイナミクスの理解が可能となる。 -
水和クラスターのコヒーレント分光による動的水素結合構造の研究
研究課題/領域番号：23850018 2011年 - 2012年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援 研究活動スタート支援
水瀬 賢太
担当区分：研究代表者
配分額：2730000円 （ 直接経費：2100000円 、 間接経費：630000円 ）
本研究は、水クラスターの中で水素結合が、伸縮、解離し、さらには組み換わるダイナミクスを詳細に観測することを目的としている。本研究では希ガスを媒体としたクラスター生成法によって分子間振動ダイナミクスを制御することに成功した。また、分子システムの超高速ダイナミクスを追跡する手法として、独自の発想に基づく画像観測装置の設計、およびフェムト秒光源の新規立ち上げを行った。
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研究課題/領域番号：22245004 2010年4月 - 2014年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
大島 康裕, 長谷川 宗良, 水瀬 賢太
配分額：48490000円 （ 直接経費：37300000円 、 間接経費：11190000円 ）
本研究は、分子特有の運動自由度である振動と回転に着目して、最も基本的な物理学的実存である波動関数を実験的に決定する方法を確立し、さらに、量子状態をデザイン通りに作り出す制御技術の獲得を目的とした。本研究を通じて、１）新しい配置のイオンイメージング測定システムを構築し、右もしくは左に回転する波動関数の実時間発展の追跡に成功、２）コヒーレント状態分布移動の新手法としてチャープパルスを利用した非共鳴誘導ラマン分光を提案、当分光法を実現しうる新奇コヒーレント光源を制作、３）ベンゼンと水素よりなるクラスターについて高分解能電子スペクトルにより大規模な内部運動の詳細を解明、という一連の成果を得た。
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巨大サイズ水和クラスターの赤外分光による大規模溶媒和構造の解明
研究課題/領域番号：08J05015 2008年 - 2010年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
水瀬 賢太
担当区分：研究代表者
配分額：1800000円 （ 直接経費：1800000円 ）
本研究は数十から数百の水分子がつくる、大規模な水素結合ネットワークに対して分光実験を成功させ、そのスペクトルから構造を考察、解明することを目的としている。平成22年度の研究では、最終目的としていた巨大サイズプロトン付加水クラスター200量体までの赤外分光実験に成功し、水分子の配位数やネットワークの環構造という観点からネットワーク構造の描像を考察した。この成果は、水のネットワーク構造という、極めて身近かつ重要な課題に対し、これまでになかった切り口からの情報を与えるものである。また、数百分子からなるきわめて複雑な系においても、分子レベルの構造情報を引き出せることを示した点は大きなbreakthroughであり、ボトムアップ的分子科学における重要な意義がある。さらに、水の取りえる多様なネットワーク構造それぞれの存在比がどのように変わっていくか、また、高エネルギーの光子や粒子の入射によって水のネットワークがどう変わるかといった問題に、10分子程度からなる水クラスターを対象とした赤外分光からアプローチした。それにより、2つの異性体が存在する系において、希ガス付加のような微弱な摂動のみでも両者の存在比は大きくことなることを観測した。また、ラジカルカチオン状態の水クラスター内において、OHラジカルが生成され、それが正電荷から乖離していくことを解明した。特に後者の結果は、放射線治療や核施設での冷却水の反応といった重要な応用を含む、「水中の放射線科学」の詳細な理解につながると期待される。
担当経験のある科目（授業）
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量子化学I
2025年 - 現在 機関名：北里大学
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量子化学II
2025年 - 現在 機関名：北里大学
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大学院分子分光学
2025年 - 現在 機関名：北里大学
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基礎化学演習
2024年 - 現在 機関名：北里大学
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大学院分子構造学
2022年 - 2024年 機関名：北里大学
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物理化学II（量子化学序論）
2021年 - 現在 機関名：北里大学
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物理化学実験（赤外分光）
2021年 - 現在 機関名：北里大学
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基礎化学実験・化学実験（酸塩基）
2020年 - 現在 機関名：北里大学
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現代化学II（生物科学科向け物理化学・機器分析学）
2020年 - 現在 機関名：北里大学
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機器分析実践演習（ATR分光）
2020年 - 現在 機関名：北里大学
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現代化学I（生物科学科向け物理化学）
2020年 - 2024年 機関名：北里大学
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量子化学序論演習
2016年 - 2020年 機関名：東京工業大学
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物理化学基礎実験（分光器、偏光）
2015年 - 2019年 機関名：東京工業大学
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物理化学総合実験（吸着、発光）
2015年 - 2019年 機関名：東京工業大学
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化学基礎演習
2015年 機関名：東京工業大学
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物理科学学生セミナー演習
2013年4月 - 2014年3月 機関名：総合研究大学院大学
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物理化学実験（発光分光、赤外分光）（TA）
2006年4月 - 2010年5月 機関名：東北大学
メディア報道
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アインシュタイン訪日１００年 時を超え、現代科学を刺激し続ける 「最も深遠な発見」引き出す 新聞・雑誌
新潟日報、佐賀新聞、沖縄タイムス、山陽新聞、徳島新聞、北國新聞、愛媛新聞（web版） 「波」が見えた 2022年12月
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アインシュタインの遺産と現代科学 不思議に満ちた量子力学 新聞・雑誌
岩手日報、山形新聞、東奥日報、静岡新聞、福井新聞、山陰中央新報、信濃毎日新聞、熊本日日新聞 2022年12月
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Surfing the waves between two worlds 新聞・雑誌
The Japan Times 21面 2015年7月
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毎秒1000億回の分子回転運動 高解像度動画撮影に成功 新聞・雑誌
科学新聞 1面 2015年7月
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Capturing the Ultrafast Rotations of Quantum-Sized Particles 新聞・雑誌
Asian Scientist Magazine 2015年7月
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分子の回転運動を動画撮影することに成功―量子力学的な波の動きを可視化 新聞・雑誌
財経新聞 2015年7月