2014 Fiscal Year Annual Research Report
Project Area | Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope |
Project/Area Number |
23108003
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Research Institution | University of Yamanashi |
Principal Investigator |
鳥養 映子 山梨大学, 総合研究部, 教授 (20188832)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朝倉 清高 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60175164)
杉山 純 株式会社豊田中央研究所, 分析計測部, 主監 (40374087)
菅原 洋子 北里大学, 理学部, 教授 (10167455)
下村 浩一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (60242103)
吉野 淳二 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (90158486)
永嶺 謙忠 国立研究開発法人理化学研究所, 主任研究員研究室等, 客員研究員 (50010947)
新村 信雄 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 特命研究員 (50004453)
金 秀光 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 特別助教 (20594055)
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Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | 超低速ミュオン / スピン伝導 / イオン伝導 / 化学反応 / 生体物質 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、キャリアの動的過程、すなわち伝導と反応を伴う諸現象の機構を、統一的な視点から解明する新しい学術分野の開拓を目指す。スピン伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応に内在するスピンの時間発展を、超低速ミュオン顕微鏡を用いて観測する。これらの現象は、表面近傍や微小領域での局所構造や界面の存在が本質的に重要であるため、局所機能の検出に威力を発揮する超低速ミュオン顕微鏡の完成によってのみ、始めて直接観測が可能となる。施設側の事情によりミュオンビーム供給が途絶えているため、前年に続き、実験に供する試料の作製と評価、既存のミュオンビームを用いた予備研究、超低速ミュオンと相補的なSTM・AFM、LEM(PSI)、β-NMR(TRIUMF)を用いた表面、薄膜の予備実験、理論研究者と協力した超低速ミュオンの状態に関する研究を進めた。試料励起用レーザー装置の仕様を理論的に見直し購入した。 1.界面近傍におけるスピン伝導:磁性体/非磁性体ヘテロ構造試料の創成と、スピン偏極STMの開発を進めた。 2.触媒化学反応:酸素欠陥制御チタニアの零磁場ミュオンスピン回転が、欠陥濃度に敏感であることを見出し、光触媒作用時の酸素欠陥の空間分布、電荷状態解明への道筋をつけることができた。 3.電気化学反応を担うイオン伝導:LEM、β-NMRを用いて、遷移金属とリチウムを含む複合化合物薄膜の研究を進め、元素比によるリチウムイオンの拡散の違いを鮮明にした。 4.生命反応を司る電子伝達:水和水調整及び重水で湿潤化した蛋白質試料の実験と、第一原理計算により、ミュオン位置の同定と電子伝達の評価を行った。簡易型AFM装置を購入し、生体試料表面評価法を確立した。ミュオニウムスピン回転法によるヘモグロビン水溶液中の酸素濃度の定量化に成功し、ミュオンマイクロビームを用いた低酸素血症の非侵襲診断法開発の可能性を示した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
界面近傍におけるスピン伝導、触媒化学反応、電気化学を担うイオン伝導、生命反応を司る電子伝達の4つのモデルシステムにおいて、既存のミュオンビームを用いた基礎データの蓄積と、超低速ミュオン実験装置に組み込む周辺装置の準備、試料準備、理論研究との連携による理解が着実に進んでいる。 スピン伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応では、表面近傍や微小領域での局所構造や界面の存在が本質的に重要であるため、バルク試料の研究に適した従来のミュオンでは測定が困難であった。施設側の事情により超低速ミュオン実験開始が3年間遅れている中で、本研究により、光触媒酸化物材料や生体物質タンパク質中での超高感度スピンプローブミュオンの有用性が確認され、新規にこの分野に参入した研究者が、国内外のミュオン実験施設を用いて活発に予備実験を進めている。これらの先駆的な研究に刺激され公募研究でも予想以上の応募があった。
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Strategy for Future Research Activity |
施設側のトラブルにより、共通基盤装置超低速ミュオン顕微鏡(USMM)のテスト実験が最終年度後半以降に持ち越されることとなった。新しい機能イメージング法の確立に少なくとも半年から1年の時間が必要と予想される。時間的な困難を乗り越えるために、ビーム再開後はA01, A04班と連携して、USMMの早期完成と性能評価に総力を結集する。それまでの間、将来の実験に供する試料の作製と評価、従来のミュオンビームを用いた予備研究、理論研究者と協力した超低速ミュオンの状態に関する研究を格段に進めるとともに、専門分野の国際会議等において、USMMを用いた新しい機能イメージング法の情報発信を強化する。 1.界面近傍におけるスピン伝導:高度なスピントロ二クス材料の開発、さまざまなスピン注入の方法に対するスピン分布の測定、ミュオニウムスピン交換反応法によるスピン流の直接測定により、界面におけるスピン散乱とスピン緩和過程の解明を目指す。 2.触媒化学反応:酸化及び還元チタニアのμSR法実験によるこれまでの成果に基づき、酸素欠陥に局在する電子スピンによる双極子場のゆらぎや、表面近傍での酸素欠陥観の深さ方向の分布とダイナミクスの直接観測を目指す。反応表面生成のための実験装置も準備されている。 3.電気化学を担うイオン伝導:LEMやβ-NMRを相補的に用いて、薄膜内のLi拡散挙動、特に異種薄膜界面近傍でのLi拡散やLi濃度の測定を行う。USMMを用いて界面におけるイオン伝導を明らかにする。 4.生命反応を司る電子伝達:蛋白質の電子伝達、生体分子中の酸素濃度測定、酵素反応に伴う電子及びプロトン移動の観測等の予備実験の成果を踏まえ、従来のミュオンを用いた研究の定量化を進めるとともに、これらの蓄積データに基づき、超低速ミュオン顕微鏡による界面における伝達の研究を進める。
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Research Products
(84 results)
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[Journal Article] In-situ μ+SR experiment during hydrogen desorption reaction in MgH22014
Author(s)
I. Umegaki, H. Nozaki, M. Harada, Y. Higuchi, T. Noritake, M. Matsumoto, S. Towata, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, A. Koda, Y. Miyake, and J. Sugiyama
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 551
Pages: 012036/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Na-ion dynamics in Quasi-1D compound NaV2O42014
Author(s)
M. Mansson, I. Umegaki, Y. Higuchi, H. Nozaki, I. Watanabe, I. Kawasaki, H. Sakurai, and J. Sugiyama
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 551
Pages: 012035/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Structural, magnetic, and diffusive nature of olivine-type NaxFePO42014
Author(s)
J. Sugiyama, H. Nozaki, I. Umegaki, M. Harada, Y. Higuchi, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, Y. Miyake, G. Kobayashi, and R. Kannno
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 551
Pages: 012012/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Magnetic phase diagram of Sr1-xCaxCo2P22014
Author(s)
J. Sugiyama, H. Nozaki, I. Umegaki, M. Harada, Y. Higuchi, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, M. Imai, C. Michioka, Y. Yoshimura, and M. Mansson
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 551
Pages: 012010/1-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] β-NMR study on epitaxial LixCoO2 films2014
Author(s)
J. Sugiyama, M. Harada, H. Oki, S. Shiraki, T. Hitosugi, O. Ofer, Z. Salman, Q. Song, D. Wang, H. Saadaoui, G. D. Morris, K. H. Chow, W. A. MacFarlane, and R. Kiefl
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 551
Pages: 012009/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Li-ion dynamics in Li5+xLa3ZrxNb2-xO122014
Author(s)
H. Nozaki, S. Ohta, M. Harada, M. Mansson, D. Sheptyakov, V. Pomjakushin, I. Watanabe, Y. Ikedo, Y. Miyake and J. Sugiyama
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Journal Title
JPS Conference Proceedings
Volume: 2
Pages: 010303/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Diffusive behavior of Li ions in garnet Li5+xLa3ZrxNb2-xO12 studied by muon-spin relaxation and QENS2014
Author(s)
H. Nozaki, M. Harada, S. Ohta, T. Asaoka, I. Watanabe, V. Pomjakshin, Y. Ikedo, Y. Miyake, N. H. Jaralvo, E. Mamon- tov, and J. Sugiyama
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Journal Title
Solid State Ionics
Volume: 262
Pages: 585-588
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Hydrogen Dynamics during a Desorption Reaction of Hydrogen Storage Materials2014
Author(s)
Umegaki, H. Nozaki, M. Harada, Y. Higuchi, T. Noritake, M. Matsumoto, S. Towata, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, A. Koda, Y. Miyake, and J. Sugiyama,
Organizer
2nd International Symposium on Science at J-PARC,
Place of Presentation
つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
Year and Date
2014-07-12 – 2014-07-15
Int'l Joint Research
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[Presentation] μ+SR study on olivine-type Na0:7FePO42014
Author(s)
J. Sugiyama, H. Nozaki, I. Umegaki, M. Harada, Y. Higuchi, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, Y. Miyake, G. Kobayashi, and R. Kannno
Organizer
2nd International Symposium on Science at J-PARC
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-07-12 – 2014-07-14
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Towards sodium ion batteries: understanding sodium dynamics on a microscopic level2014
Author(s)
M. Medarde, M. Mena, J. L. Gavilano, E. Pomjakushina, J. Sugiyama, K. Kamazawa, V. Yu. Pomjakushin, D. Sheptyakov, B. Batlogg, H. R. Ott, M. M°ansson, and F. Juranyi
Organizer
The European Powder Diffraction Conference (EPDIC14),
Place of Presentation
Aarhus University, Denmark
Year and Date
2014-06-15 – 2014-06-18
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Electron transfer in cytochrome c of wet and dry samples monitored by μSR2014
Author(s)
Y. Sugawara, A. D. Pant, I. Shiraki, W. Higemoto, K. Shimomura, K. Ishida, F. L. Pratt, E. Torikai, and K. Nagamine
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] μSR measurements of a reduced rutile TiO2 single crystal; a model systeml for photocatalyst2014
Author(s)
H. Ariga, K. Shimomura, A.D. Pant, K. Ishida, Y. Yokoyama, F.L. Pratt, I. Shiraki, A. Drew, E. Torikai, K. Nagamine, and K. Asakura
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ultra-slow μSR spectrometer at J-PARC2014
Author(s)
W. Higemoto, Y. Ikedo, K.M.Kojima, P.Strasser, T.U.Ito, T.Nagatomo, T.Adachi, A.Koda, K. Nishiyama, H.Fujimori, K.Shimomura, R.Kadono, and Y.Miyake
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Crossed overlapping of coherent VUV radiation and thermal muonium emission for μSR with Ultra Slow Muon2014
Author(s)
J. Nakamura, Y. Oishi, W. Higemoto, N. Saito, K. Miyazaki, K. Okamura, K. M. Kojima, Y. Ikedo, P. Strasser, T. Nagatomo, S. Makimura, Y. Miyake, K. Yokoyama, D. Tomono, K. Shimomura, S. Wada, N. Kawamura, A. Koda, Y. Kobayashi, H. Fujimori, R. Kadono,and K. Nishiyama
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Design and Construction of the Ultra-Slow Muon Beamline at J-PARC/MUSE2014
Author(s)
P. Strasser, Y. Ikedo, S. Makimura, J. Nakamura, K. Shimomura, A. Koda, H. Fujimori, K. Nishiyama, N. Kawamura, Y. Kobayashi, W. Higemoto, T.U. Ito, T. Nagatomo, E. Torikai, R. Kadono, and Y. Miyake
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] J-PARC muon facility, MUSE2014
Author(s)
Y. Miyake, K. Shimomura, N. Kawamura, P. Strasser, A. Koda, H. Fujimori, Y. Ikedo, S. Makimura,Y. Kobayashi, K. Nishiyama, K. Kojima, T. Adachi, R. Kadono, W. Higemoto, and T. Ito
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Hydrogen charged state in oxygen deficient SrTiO32014
Author(s)
K Shimomura, T. Ito, W. Higemoto, A. Koda, K. Nishiyama, and R. Kadono
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Internal magnetic field in the zigzag-chain family NaxCa1-xCr2O42014
Author(s)
H. Nozaki, I. Umegaki, M. Harada, Y. Higuchi, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, M. M°ansson, H. Sakurai, and J. Sugiyama,
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] In-situ μ+SR experiment during hydrogen desorption reaction in MgH22014
Author(s)
I. Umegaki, H. Nozaki, M. Harada, Y. Higuchi, T. Noritake, M. Matsumoto, S. Towata, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, A. Koda, Y. Miyake, and J. Sugiyama
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic phase diagram of Sr1-xCaxCo2P22014
Author(s)
J. Sugiyama, H. Nozaki, I. Umegaki, M. Harada, Y. Higuchi, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, M. Imai, C. Michioka, K. Yoshimura,4\ and M. M°ansson
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Microscopic magnetic nature of K2NiF4-type 3d transition metal oxides2014
Author(s)
J. Sugiyama, H. Nozaki, I. Umegaki, W. Higemoto, E. J. Ansaldo, J. H. Brewer, H. Sakurai, T.-H. Kao, H.-D. Yang, and M. M°ansson
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] β-NMR study on epitaxial LixCoO2 films2014
Author(s)
J. Sugiyama, M. Harada, H. Oki, S. Shiraki, T. Hitosugi, O. Ofer, Z. Salman, Q. Song, D. Wang, M. D. Hossain, G. D. Morris, K. H. Chow,8 W. A. MacFarlane, and R. Keifl
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Structural, magnetic, and diffusive nature of olivine-type NaxFePO42014
Author(s)
J. Sugiyama,1, ∗ H. Nozaki,1 I. Umegaki,1 M. Harada,1 Y. Higuchi,1 E. J. Ansaldo,2 J. H. Brewer,3, 2 Y. Miyake,4 G. Kobayashi,5 and R. Kanno
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Electronic ground state of layered-perovskite vanadium oxide Sr2VO42014
Author(s)
I. Yamauchi, K. Nawa, M. Miyazaki, M. Hiraishi, A. Koda, K. M. Kojima, R. Kadono, R. Kumai, H. Nakao, Y. Murakami, H. Ueda, K. Yoshimura, and M. Takigawa
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Cosmic-ray muon spin rotation in Fe and industrial application2014
Author(s)
K. Nagamine, T. Fujimaki, T. Hashimoto, M. Tsukamoto, S. Kubota, T. Hirai,, A. Manabe, Y. Tomisawa, A. D. Pant, and E. Torikai4
Organizer
13th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (muSR2014)
Place of Presentation
Grindelwald, Switzerland
Year and Date
2014-06-01 – 2014-06-05
Int'l Joint Research
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