2016 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum interference to charge recombination reactions by strong magnetic fields
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15K13547
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
前田 公憲 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70229300)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ラジカル対 / 磁場効果 / 量子効果 / 電子スピン / 光化学 / 電子移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ラジカル対形成とその再結合反応への磁場の影響を調べ、その詳細への量子効果を明らかにするために、より高感度かつ小さな磁場に応答を精密かつ詳細を安定に測定可能な装置をつくり、その磁場効果を測定し明らかにした。安定なレーザーダイオードをもちいて、測定装置を確立した。光検出系を発展させ、検出系にバランス検出器を用いることにより、プローブ光の揺らぎに対応しつつ、磁場効果を測定するための多数回の測定に対して、測定条件のふらつきを極力抑えた、「高感度、高安定、時間分解過渡吸収検出磁場効果測定装置」をほぼ完成させた。
これにより、フラビン類のラジカル反応ではこれまで例を見ない精密な磁場効果測定に成功した。本研究で求める量子効果を検討するためには、外部磁場に対する磁場効果をプロットしたMARY（Magnetic field effect on Reaction Yield)スペクトルを用いて量子ダイナミクスやその緩和の効果を詳細に観測する事が求められる。MARYスペクトルを時間分解測定した例（時間分解MARY）はこれまで数えるほどしかないが、上記の装置改良により生体分子フラビン系に拡張する事が出来、より一般的な系に適用可能となった。
結果の解析法として、新しいコンセプトであるMARYスペクトルの線幅（B1/2)に着目した解析を行った。MARYスペクトルをフィッティングしてB1/2を求め、時間に対してプロットし、その時間発展を理論計算結果を用いて解析した。その結果この時間発展はラジカル対におけるスピン系の位相緩和の影響によるものであり、その効果が非常に顕著であるという結論に達した。
この方法論はスピン系のデコヒーレンスの効果を議論するのに有効で、今後生体分子の地磁気レベルの磁気感受を議論する方法論の一つをあたえ、生物の磁気感受に対する量子効果の議論を大きく発展させると考える。
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[Journal Article] "Millitesla magnetic field effects on the photocycle of an animal cryptochrome"2017
Author(s)
Dean M. W. Sheppard, Jing Li, Kevin B. Henbest, Simon R. T. Neil, Kiminori Maeda, Jonathan Storey, Erik Schleicher, Till Biskup, Ryan Rodriguez, Stefan Weber, P. J. Hore, Christiane R. Timmel & Stuart R. Mackenzie
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 7
Pages: 42228
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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