2018 Fiscal Year Annual Research Report
Direct observation of infrared-stimulated hydrogen transfer in proton conducting oxides with positively charged muons
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16K17544
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
伊藤 孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10455280)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ミュオン / プロトン伝導 / 光誘起現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プロトン伝導性酸化物に対して提唱されている赤外光誘起水素拡散促進効果を微視的な観点から検証するために、水素の擬似同位体であるミュオンを用いた実験を行う。酸化物試料にJ-PARCの大強度パルスミュオンビームを打ち込み、同期照射した赤外光に起因するミュオン拡散係数の変化をミュエスアール法により評価する。この「水素同位体」に対する実験を通して、水素そのものの運動に関する知見を得ることを目的とする。
平成30年度は、時分割赤外分光によって赤外光誘起水素拡散促進効果が認められたとされるルチルTiO2およびSrTiO3について、J-PARC物質・生命科学実験施設においてパルスミュオン・赤外光同期照射実験を行った。測定は10ケルビンから室温までの温度範囲で行い、赤外光照射・非照射下のミュエスアールスペクトルを各温度において比較したが、実験精度の範囲内において有意な差を見出すことはできなかった。これは試料に打ち込まれたミュオンの大部分が赤外光照射の影響を受けていないことを意味している。この結果を受けて、現行光源により励起可能なミュオンの割合を光源性能の実測に基づいて試算したところ、ミュエスアールスペクトルに有意な変化を与えるには出力及び集光がまだ十分でない可能性があることが分かった。照射光子密度を飛躍的に増大させるためには光源を高強度短パルスレーザーに置き換える必要があり、比較的大規模な装置が必要となる。これを用いた当該効果の検証は今後の課題として残るが、実験の枠組み自体は本研究により確立しているため、光源のアップグレードのみで対処できると考えられる。
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