2013 Fiscal Year Research-status Report

レーザー偏極原子を使った精密計測のためのスピン緩和抑制コーティングの開発

Research Project

Project/Area Number	25610115
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
Research Institution	University of Hyogo
Principal Investigator	石川潔兵庫県立大学, 物質理学研究科, 准教授 (00212837)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	スピン緩和 / コーティング / アルカリ金属 / 偏極ガス / 核磁気共鳴
Research Abstract	気体原子の核スピン偏極や電子スピン偏極は，容器の内壁において減衰する。このスピン緩和を抑える，内壁改質のためのコーティング剤を開発することが，本研究の目的である。本研究の成果は，ガラス容器を使った希ガスの核スピン偏極，光ポンピング原子磁力計，携帯型原子時計などの高性能化に貢献する。しかし，スピン緩和抑制性能を決めている物性は明らかでなく，コーティングの再現性が低いのが現状である。初年度は，ガラス表面のアルカリ金属膜を高磁場核磁気共鳴(NMR)計測した。 NMR周波数シフトに注目し，金属膜の組成，不純物の存在や濃度，それらの温度依存性を調べた。 NMR計測は，ガラス容器を壊すことなく，化学反応性の高いアルカリ金属を調べることができる。分光実験でも使用する実際の容器で詳細に調べた金属膜は，アルカリ金属の二元合金Na-Rb，Na-Csである。これら合金と，亜酸化物Rb-O，Cs-Oとを比較した。アルカリ金属は，ガラスに吸収されたり，ガラスから溶出したりするので，ガラス容器内の合金組成比は，容器作成時のものと異なる。したがって，混合する化合物量を作成前に正確に秤量しても無駄である。一方，NMRは「その場計測」なので，アルカリ金属の二元合金の相図を利用すると，計測時の合金組成を知ることができる。 NMR計測で金属混合比を定量した各々の容器で，アルカリ金属蒸気の密度を測定した。本年度は，Rb原子のD1線に共鳴するレーザー光の吸収率より，Rb原子密度を求めた。純粋な金属の蒸気圧と比較してみると，混合比を大きく変えても，Rb原子密度があまり変化しないことがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度は、以下の２点について実験・研究し，おおむね計画どおりに進んでいる。１．アルカリ金属の２元合金ガラス容器中の合金Na-Rb，Na-Csにおいて，混合比率 0<[Na]<1の広い範囲で，Na，Rb，CsのNMR計測をおこない，ガラス容器中の合金組成を求めた。２．蒸気中の原子密度上で計測したガラス容器のうち，Na-Rb合金試料について，[Na]>>[Rb]と[Na]<<[Rb]のそれぞれの場合について，Rb原子密度の温度依存性を測定した。
Strategy for Future Research Activity	今後の研究の重点項目は，(1)アルカリ合金のNMR計測と光吸収測定による原子密度計測と，(2)有機分子膜のNMR計測である。 (1)については初年度の実験を発展させ，合金組成と蒸気密度との関係を系統的に調べる。容器ごとのばらつきが大きいため，数多くの試料でNMR計測と光吸収測定を繰り返す必要がある。また，経時変化を追跡するため、長期間にわたり同じガラス容器で，混合比のNMR計測と光計測を繰り返す。そのため，当初予想より，実験に要する時間が長くかかることがわかった。 (2)については，まず有機分子の水素原子核，同位体炭素などのNMR計測をおこない，次に，有機分子膜に溶けたアルカリ金属のNMR計測をおこない、膜の物性を明らかにする。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	研究計画の策定時は，設備備品としてヘテロダイン受信機を購入する予定だった。しかし，実際に実施の決まった１年後には，他で使用していた計測器を使うことができるように状況が変化したため。物品については、おおむね予定通り，アルカリ金属試料や容器材料などを購入した。研究の全交付額が大幅に減額されていたが，上記のとおりヘテロダイン受信機の都合がついたため，本研究を計画通りに遂行できるようになった。予定していた物品(おもに消耗品)を購入する予定である。