負ミュオンスピン・インジェクションによる非磁性核における核スピン緩和測定法の実現
| Project/Area Number |
19K21859
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
竹下 聡史 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (40450366)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 負ミュオンスピン緩和法 / スピン緩和測定 / 分子運動 / スピンインジェクション / 疑似核 / 分子ダイナミクス |
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| Outline of Research at the Start |
■ゴム弾性を示す高分子では、外場応答に重要なMHz帯の分子運動を明確にすることが、その弾性性能の理解と改革に重要である。しかし、重要な炭素鎖のMHz帯分子運動を直接観測する手段は乏しい。■本提案はスピン偏極した負ミュオンを試料に打ち込むことにより、本来核スピン緩和測定が不可能な12C核にスピンを付与（スピン・インジェクション）し、核スピン緩和測定を実現するものである。この画期的手法により炭素核位置でのMHz帯ダイナミクス観測を実現する。本手法が確立されれば、核スピンを持たない核でも核スピン緩和測定が可能となり、多様な材料のダイナミクスの理解も格段に進展させ、新たな材料の創生につながる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、負ミュオンによるスピン緩和法を応用することにより、核スピンを持たない12C核において核スピン緩和測定を可能とする極めて画期的な手法（負ミュオンスピンインジェクション法）を実現するものである。さらに本手法応用することにより、高分子材料で重要、かつ他の測定手法では観測が容易ではないMHz帯における分子運動を同定する事を目的とする。
当該年度では、これまでに行った簡単な系での測定から発展させ、やや複雑な系におけるダイナミクスを明らかにする計画であり、トルエン、およびポリブタジエンへ本手法の適用を試みた。その結果、一つの水素原子核のスピンと負ミュオンのスピンの2スピン間の双極子磁場による超微細相互作用に対応する信号が得られ、さらにMHz領域における超微細相互作用の揺らぎ周波数をとらえた可能性が期待される結果を得た。一方で、負の電荷をもつミュオンが原子核に捕獲されることから、系がクーロン爆発を起こしている可能性について検証する必要性がでてきた。2022年度においてはこの点を検証するために、極めてシンプルな構造を有するエタン、エチレンでの実験を行う。また第一原理計算も並行して実施し、クーロン爆発のあるケース、ないケースについての超微細相互作用の値と実験結果を比較し、検証を行う。また、これまでのデータについてもより詳細な解析を行い、本手法により得られる微視的なダイナミクスの情報を明らかにしていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度においては、前年度に行ったポリエチレンから、二重結合を含んだ少し複雑な構造をとるトルエンおよびポリブタジエンに発展させ、測定、解析を行った。測定の結果、どちらの試料においてもミュオンスピン緩和スペクトルにおいて、回転信号が観測され、二重結合を有する系においても、超微細相互作用が検出可能であることが示された。一方で、原子核に電荷を有する負ミュオンを注入することによりクーロン爆発が生じている可能性が生じた。クーロン爆発が生じると元の化学構造を破壊してしまうため、系本来のダイナミクスを観測することが困難となる。今後の検証・検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本手法確立の上で、得られるデータの信頼性を左右するクーロン爆発による影響の有無を調査するために、エタンやエチレン等のシンプルな系に立ち戻り、超微細相互作用の測定をを行う。また、第一原理計算も並行して実施し、クーロン爆発が生じた化学構造モデルと、生じていない化学構造モデルでの超微細相互作用の大きさを実験と比較し、クーロン爆発の影響の有無を明らかにする。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
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[Presentation] 負ミュオンスピン緩和法を用いた高分子ダイナミクス測定法の開発2020
Author(s)
竹下聡史,平石雅俊,幸田章宏,岡部博孝,西村昇一郎,中村惇平,神田聡太郎,下村浩一郎,門野良典,瀬戸秀紀,梅垣いづみ,杉山純
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
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