Because of hydrogen bond network, water has many anomalous properties. One of the most direct probes of the dynamics in this network is the infrared spectrum of the OH stretching vibrations. Water dynamics has been studied in detail, most recently using multi-dimensional nonlinear infrared spectroscopy for acquiring structural and dynamical information on femtosecond timescales. However, owing to technical difficulties to monitor the dynamics of OH stretching vibrations in pure H₂O, only that of OH stretching vibrations in D₂O or OD vibrations in H₂O could be monitored. In this experiment, a specially designed, ultrathin sample cell is used. By using this sample cell, the thermal equilibrium process of OH stretching vibrations in pure H₂O can be measured with high time-resolution. Ultrafast energy transfer and structural variation in the hydrogen bond network of liquid H₂O are discussed.

水には水素結合ネットワークが存在するため、多くの特異性を示す。このようなネットワークにおけるダイナミクスを最も直接的にプローブする方法として、OH伸縮振動の赤外吸収スペクトルが挙げられる。最近では、フェムト秒スケールで起こる構造変化やダイナミクスに関する情報を得られるような多次元非線形赤外分光が用いられるなど、水のダイナミクスにおいて詳細な研究がなされている。しかし、H₂O中におけるOH伸縮振動のダイナミクスを観測することは技術的に困難で、これまでD₂O中におけるOH伸縮振動もしくはH₂O中におけるOD伸縮振動のものしか観測できなかった。本研究では、特別に設計された超薄型のセルを用い、H₂O中におけるOH伸縮振動の熱平衡化過程の時間分解測定に成功した。水素結合内で起こる、超高速なエネルギー移動や構造変化について詳細に議論する。

M. L. Cowan et al., Nature 434, 119-202 (2005)