2018 Fiscal Year Research-status Report
重水素化ポリマー膜コーティングによる光ポンピング原子のスピン緩和防止技術の創出
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17K05079
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
熊谷 寛 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (00211889)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 原子層堆積法 / スピン偏極 / 光ポンピング / 原子磁気センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルカリ金属原子のスピン偏極を用いた光ポンピング原子磁気センサは、室温でSQUIDを超える感度が期待できるため、ベットサイドでも心臓や脳神経由来の微小磁場をモニタリングできる可能性がある。しかし、偏極スピンは原子がセル内壁に衝突すると緩和されてしまう問題点があった。そこで、もし原子セル内壁にスピン緩和防止の高性能コーティングを施すことができれば、偏極緩和を抑制できることになる。本課題では、アルカリ金属原子の電子スピンとコーティング内原子の核スピンとの双極子－双極子相互作用の効果を最小限に抑えるため、磁気モーメントの小さい重水素核に注目し、申請者が独自に開発した逐次的表面化学反応による原子層堆積法を発展させて重水素化したポリマー薄膜の分子層堆積法を世界で初めて開発し、更には表面界面のダングリングボンドのOD基終端や重水素化したポリマー薄膜の膜厚を精密制御する事でスピン偏極の緩和を抑制し、ついには光ポンピング原子磁気センサの感度を向上させることを目標に研究が行われた。
昨年度はエチレングリコール（EG）とTMAとの組み合わせから、有機無機ハイブリッドポリマー薄膜の分子層堆積を実現した。本年度はEGの代わりに全ての水素が重水素に置換されたEG-d6を用いて重水素化した、有機無機ハイブリッドポリマー膜コーティングを実現した。ルビジウム原子セルの内壁に同コーティングを施し、分光エリプソメーターにより評価したところ、コーティング薄膜が形成できていることが判明した。
次に外部共振器型半導体レーザーを用いて、レーザー光は87RbのD2 線のF=2からF‘=3の共鳴周波数に合うように周波数384.22815 THz（780.2435 nm）に周波数安定化を施し、非線形磁気光学回転の精密測定システムを開発した。そして同システムによるスピン緩和時間の計測を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度に実施予定であった、（１）原子セル内壁の至る所への重水素化ポリマー膜室温コーティング、（２）非線形磁気光学回転の精密測定システムによるスピン緩和時間の計測、のいづれに対しても成功した。
今まで原子磁気センサ構造にして共鳴線幅からスピンの緩和時間を見積もっていただが、非線形磁気光学回転の精密測定システムの開発により、直接緩和時間を簡便に測定できるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
コーティング表面原子とスピン偏極原子の相互作用を制御し、重水素化ポリマー膜コーティングを最適化し、スピンの偏極緩和を抑制する。スピン緩和防止により光ポンピング原子磁気センサの大幅な感度向上が期待できる。
最終的には、独自の重水素化ポリマー膜コーティングによる光ポンピング原子磁気センサの感度向上を実証する（世界初）。
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