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固体表面での水素のオルトーパラ転換における磁気効果の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17360017
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関東京大学

研究代表者

福谷 克之  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10228900)

研究分担者 岡野 達雄  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (60011219)
WILDE Markus (WIDE Markus)  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10301136)
笠井 秀明  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00177354)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
16,470千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 1,170千円)
2007年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2006年度: 4,700千円 (直接経費: 4,700千円)
2005年度: 6,700千円 (直接経費: 6,700千円)
キーワード水素 / 核スピン / オルトーパラ転換 / 磁気効果 / 磁性表面 / 回転エネルギー / 酸素 / エネルギー散逸 / 物理吸着 / 核スピン転換 / 磁性体
研究概要

本研究の目的は,単結晶金属および酸化物表面でのオルトーパラ転換における磁場効果と磁気効果の機構解明を行うことである。はじめに,外部磁場下でオルト・パラ比を精密に測定可能な水素分子のレーザー誘起蛍光法の開発を行った.続いて,Cr(110)表面に反強磁性体であるCr_2O_3(0001)単結晶薄膜の作製を行い,低速電子線回折および反射赤外吸収分光を用いて構造とダイナミクスを明らかにした.この表面における水素分子のオルトーパラ転換を,レーザー共鳴分光法を用いて調べ,転換時間がH2分子で210s,D2分子で540sであることを明らかにした.さらに,Cr_2O_3表面でのオルト・パラ転換における外部磁場効果を調べた.T=44.5Kにおいて,外部磁場強度BをB=0, 1, 3Tと変化させたときの転換時間は、それぞれ108, 108, 116 minであることがわかった。転換の理論によると、回転エネルギーが電子系に散逸する場合は転換速度に磁場依存性が現れ、磁気系・格子系の場合は磁場依存性が現れないことが示されている。今回の実験結果から、Cr_2O_3単結晶表面での転換では、回転エネルギーは磁気系か格子系に散逸していると結論できる。また,転換には温度依存性があることを見いだし,吸着における静的な転換に加えて、動的な転換機構が作用していることを発見した.Ag表面に磁性体である酸素分子を導入し,その表面でのオルトーパラ転換時間を測定した.酸素吸着量を増加させるに従って減少することを見いだし,シミュレーションを併用し,酸素近傍での転換時間が8.2sであることを明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2009 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (20件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Development of Low-temperature Field Emission Apparatus2009

    • 著者名/発表者名
      A. Kashifuku, M. Yoshino, K. Fukutani, T. Okano
    • 雑誌名

      J. Vac. Soc. Jpn. Vol. 52, No. 2

      ページ: 102-104

    • NAID

      10024897783

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Development of Low-temperature Field Emission Apparatus2009

    • 著者名/発表者名
      A. Kashifuku, M. Yoshino, K. Fukutani, T. Okano
    • 雑誌名

      J. Vac. Soc. Jpn. Vol. 52-No. 2

      ページ: 102-10

    • NAID

      10024897783

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Problem of Gas Dose with Micro-Capillary Array2009

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto, T. Okano, K. Fukutani
    • 雑誌名

      J. Vac. Soc. Jpn. 52

      ページ: 141-141

    • NAID

      10024897857

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] UHV-type synchrotron radiation reflectometer2008

    • 著者名/発表者名
      T. Kwauchi, M. Matsumoto, K. Fukutani, T. Okano, Y. Suetsugu, X. W. Zhang, Y. Yoda
    • 雑誌名

      Vacuum 83

      ページ: 873-877

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of carbon deposition on the hydrogen distribution in Pd nanoparticles and their reactivity in olefin hydrogenation2008

    • 著者名/発表者名
      M. Wilde, K. Fukutani, W. Ludwig, B. Brandt, J. -H. Fischer, S. Schauermann, H. -J. Freund
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed 47

      ページ: 9289-9293

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of the ortho-para conversion of hydrogen on Ag surfaces2008

    • 著者名/発表者名
      K. Niki, T. Kawauchi, M. Matsumoto, K. Fukutani, T. Okano
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 77

      ページ: 201403-201403

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel method to evaluate the carbon network of single-walled carbon nanotubes by hydrogen physisorption2007

    • 著者名/発表者名
      S. Iwata, Y. Sato, K. Nakai, S. Ogura, T. Okano, M. Namura, A. Kasuya, K. Tohji. K. Fukutani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C Lett. 111

      ページ: 14937-14941

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Location of Hydrogen Adsorbed on Rh(111) Studied by Low-Energy Electron Diffraction and Nuclear Reaction Analysis2007

    • 著者名/発表者名
      M. Fukuoka, M. Okada, M. Matsumoto, S. Ogura, K. Fukutani, T. Kasai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 75

      ページ: 235434-235434

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属表面に吸着した水素の量子効果2006

    • 著者名/発表者名
      福谷克之, 笠井秀明
    • 雑誌名

      表面科学 27

      ページ: 213-219

    • NAID

      10018133327

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum effects of hydrogen on metal surfaces2006

    • 著者名/発表者名
      K. Fukutani, K. Kasai
    • 雑誌名

      Journal of The Surface Science Society of Japan 27

      ページ: 213-219

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Molecular orientation dependence of ortho-para H2 conversion on Fe(OH)3 cluster induced by hyperfine contact interaction2006

    • 著者名/発表者名
      R. Muhida, M. David, M. M. Rahman, W. A. Dino, H. Nakanishi H. Kasai, K. Fukutani, T. Okano
    • 雑誌名

      Eur. Phys. J. D 38

      ページ: 99-101

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical low-energy electron diffraction analyses of clean and H-adsorbed Ir(111) surfaces2006

    • 著者名/発表者名
      M. Matsumoto, S. Ogura, K. Fukutani, T. Okano, M. Okada
    • 雑誌名

      J. Vac. Soc. Jpn. 49

      ページ: 313-315

    • NAID

      10017581182

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth and vibrational properties of ultra-thin Cr203 films grown on Cr(110) studied by RAIRS2006

    • 著者名/発表者名
      H. Hagiwara, S. Koya, M. Wilde, M. Matsumoto, T. Okano, K. Fukutan
    • 雑誌名

      Surf. Sci. 600

      ページ: 3252-3252

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of non-resonant background in hydrogen depth profiling via 1H(15N.ag) 12C nuclear reaction analysis near 13.35 MeV2005

    • 著者名/発表者名
      Markus Wilde, Katsuyuki Fukutani
    • 雑誌名

      Nucl.Instr.and Meth.Phys.Res.B vol.232

      ページ: 280-284

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Reactivity of gold thin films grown on iridium : Hydrogen dissociation2005

    • 著者名/発表者名
      M.Okada, S.Ogura, W.A.Dino, M.Wilde, K.Fukutani, T.Kasai
    • 雑誌名

      Applied Catalysis A : General. vol.291

      ページ: 55-61

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Reactive gold thin films grown on iridium2005

    • 著者名/発表者名
      M.Okada, S.Ogura, W.A.Dino, M.Wilde, K.Fukutani, T.Kasai
    • 雑誌名

      Applied Surface Science. vol.246

      ページ: 68-71

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Trapping hydrogen with a bimetallic surface2005

    • 著者名/発表者名
      M.Okada, K.Moritani, T.Kasai, W.A.Dino, H.Kasai, S.Ogura, M.Wilde, K.Fukutani
    • 雑誌名

      Physical Review B. vol.71

      ページ: 33408-33408

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantitative coverage and stability of hydrogen-passivation layers on HF-etched Si(1-x)Ge(x) surfaces2005

    • 著者名/発表者名
      M.Wilde, K.Fukutani, S.Koh, K.Sawano, Y.Shiraki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics. vol.98

      ページ: 23503-23503

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Estimation of absorbed hydrogen on Ni(111) surface by slow-positron beam2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Oishi, T.Wada, I.Kanazawa, K.Fukutani, Y.Murata, Y.Ito, K.Nozawa, F.Komori
    • 雑誌名

      Appl.Surf.Sci. vol.241

      ページ: 169-173

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Photodesorption of hydrogen molecules physisorbed on Ag : Isotope dependence of transrational-energy distribution2005

    • 著者名/発表者名
      K.Fukutani, K.Niki, T.Ito, H.Tashiro, M.Matsumoto, M.Wilde, T.Okano, W.A.Dino, H.Kasai
    • 雑誌名

      Surface Science. vol.593

      ページ: 229-234

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブ表面への分子の物理吸着2009

    • 著者名/発表者名
      岩田晋弥, 小倉正平, 李相吉, 福谷克之, 佐藤義倫, 田路和幸
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-30
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Molecular Physisorption at the Surface of Single-walled Carbon Nanotubes2009

    • 著者名/発表者名
      S. Iwata, S. Ogura, S. K. Lee, K. Fukutani, Y. Sato, K. Tohji
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan 2009 Spring Meeting
    • 発表場所
      Rikkyo Univ.
    • 年月日
      2009-03-30
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Ir(111)上のAu島成長における吸着子効果2009

    • 著者名/発表者名
      小倉正平, 福谷克之
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-27
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 氷表面におけるH2, D2の核スピン転換2009

    • 著者名/発表者名
      杉本敏樹, 二木かおり, 松本益明, 福谷克之
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-27
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 表面・サブサーフェスにおける水素の電子状態とダイナミクス-超低速ミュオンヘの期待2009

    • 著者名/発表者名
      福谷克之
    • 学会等名
      日本物理学会シンポジウム
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-27
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Adsorbate effects on Au island growth on Ir(111)2009

    • 著者名/発表者名
      S. Ogura, K. Fukutani
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan 2009 Spring Meeting
    • 発表場所
      Rikkyo Univ.
    • 年月日
      2009-03-27
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Nuclear-spin flip of H2 and D2 on ice surfaces2009

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto, K. Niki, M. Matsumoto, K. Fukutani
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan 2009 Spring Meeting
    • 発表場所
      Rikkyo Univ.
    • 年月日
      2009-03-27
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Electronic states and dynamics of hydrogen at surfaces and subsurfaces : expectation for low-energy muon2009

    • 著者名/発表者名
      K. Fukutani
    • 学会等名
      Symposium of The Physical Society of Japan
    • 発表場所
      Rikkyo Univ.
    • 年月日
      2009-03-27
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 水素分子のオルソ・パラ転換における磁場共鳴効果の測定2007

    • 著者名/発表者名
      元島勇太, 二木かおり, 藤原理悟, 岡野達雄, 福谷克之
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2021-04-07  

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