2023 Fiscal Year Research-status Report
任意波形磁気共鳴と磁場方向スイッチングによる新しいスピン操作と反応制御
| Project/Area Number |
23K17662
|
|---|
| Research Institution | Saitama University |
|---|
Principal Investigator |
前田 公憲 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70229300)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長嶋 宏樹 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (60814027)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
|
| Keywords | 電子スピン / 反応収量検出磁気共鳴 / ラジオ波 / 電子スピン共鳴 / 磁場効果 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
すでに、ラジオ波による反応制御にトライする測定をすでに実施した。タンパク質中でのラジカル対、ミセル溶媒中のラジカル対において、すでに興味深い結果が得られた。任意波形発生装置を用いた、チャープ型パルス照射による化学反応に対する効果が、顕著に表れることを見出した。その一つはチャープRFパルスによる磁場掃引反応収量検出ESRスペクトルが、時間とともにシフトする事を観測することが出来、また周期的なチャープパルスを利用する事により、単周波数型の従来の化学反応収量検出ESR（RYDMR)と比べて著しく強い信号を得られることを確認した。この効果は、低磁場効果の領域まで及んでおり、チャープRFが極めて有効にスピン状態のミキシングを誘起している事を示している。これによりチャープ型パルスが多数の超微細結合状態とアクセスして、スピン選択的化学反応に影響する事を確認した。
パルス磁場を用いた測定も大きく進展した。低磁場効果の原因となるスピンダイナミクスと磁場スイッチングの寄与との関連を調べた結果、磁場スイッチング実験の結果が電子スピン系のデコヒーレンスに極めて敏感な応答を示すことが明らかとなった。しかし、低磁場効果はスピン運動の有無にかかわらずにある程度は観測されることが同時に明らかとなり、スイッチング実験はスピン系のコヒーレントなダイナミクスにアクセス可能な有効な手法であることも明らかとなった。
上記の２つを極めつつ、さらに化学反応の異方性との関連を電子スピンコヒーレンスの観点からより明らかにしていく。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究はAWGを用いた化学反応制御、ナノ秒磁場パルスを用いた測定の両面から低磁場領域での電子スピンダイナミクスとその化学反応との関連を調べるものである。初年度において、RFによる実験、ナノ秒磁場パルスによる実験システムがほぼ完成している。特にRFによる実験においては、AWGの応用の一つであるチャープ型ラジオ波を用いて、従来の単色がたの低磁場反応収量検出ESRを超える電磁波による化学反応制御観測に成功した。特に定常磁場による磁場効果とRF効果の測定を同時に行う事が出来た為、反応の低磁場効果、高磁場効果とそれに対するRFによる効果の双方を定量的に見ることが出来た。特にある比較的高磁場領域における、チャープRFによるスピンミキシングの増強効果が、低磁場効果領域に及んでいる事は、特筆に値する。パルス磁場による効果の測定も順調であり、多数の反応系における低磁場効果に対する逆磁場スイッチングから、低磁場領域でのスピン混合プロセスがどの程度コヒーレントに起こっているのか？という問題に迫りつつある。このように、それぞれのタイプの測定において、独立した重要な知見が得られており、理論的な考察やシミュレーション等を進めている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
RFパルスの実験と、AWGラジオ波による実験はどちらも低磁場領域でのスピンダイナミクスにせまる研究であり、それぞれにおいて関連した有力な情報が得られている。
今後サンプル等を交換して、両方の手法による測定から、関連性やスピンダイナミクス特にスピン系のコヒーレンスおよびデコヒーレンスについて、より詳細な知見を得ることを求めていく。同時に、コヒーレンスの直接観測を目指して、ドイツのLambert教授によるパンププッシュ測定用のサンプルの提供を受けている。現在それを用いつつRFやパルス磁場の効果を観測する手法を目指して、サンプル調製や光学システム等のチューニングを進めている。さらに、磁場方向ジャンプの実現に向けて、新しいパルサーの製作を続けている。新しい関連した展開として、同様の反応系において高磁場での反応収量検出ESR測定にも成功している。これらにより、低磁場と高磁場でのAWGによる反応制御における様相の違いに迫る事もできる。
|
| Causes of Carryover |
研究の進展に伴い、当初購入予定であった、実験装置が本研究の目的にスペックが合致するか確かめる必要が生じたことと、機器の納入予定が遅れることが予想されたために、本年度の機器導入を見送る事とした。しかしながら、既存の装置で様子を見ることが可能となった。一方で既存の装置であるオシロスコープが破損し、修理も難しい事から急遽オシロスコープを購入した。申請書に記載した装置のうちアンプは既存のもので遂行可能であるが、パルスジェネレータは購入する予定である。これによりアンプの代わりにオシロスコープを購入した形で、研究を十分遂行する事が可能である。
|
