清浄鉱物表面への水素原子の化学吸着と水素分子生成：低密度雲から分子雲への進化の鍵

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01143
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 羽馬 哲也 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (20579172)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 星間塵 / ケイ酸塩鉱物 / 水素原子 / 水素分子 / 化学吸着

研究実績の概要

本研究課題は，星間塵を構成する鉱物として最も重要なフォルステライト(Mg2SiO4)の表面において，水素原子と水素分子が化学吸着（化学結合による強い吸着）するかどうかを解明することを目的とする．
本年度は昨年度に作製した試料ホルダー（無酸素銅とサファイア製）に鉱物（単結晶フォルステライト）試料を取り付けた．まず，耐熱セラミック接着剤で単結晶フォルステライト試料とタングステン板とを接着した．このタングステン板には側面に直径0.5 mmの貫通穴が開いており，通電過熱用のタングステン線を通すことができる．貫通穴に通したタングステン線を試料ホルダーに接続することで，フォルステライト試料を試料ホルダーに組み込んだ．フォルステライト試料の冷却は，試料ホルダーをヘリウム冷凍機に接続することで行う．
試料ホルダーにフォルステライト試料を取り付けた後，実際にヘリウム冷凍機で試料を冷却したところ，試料ホルダーは18 Kまで冷却され，フォルステライト試料は70 Kまで冷却された．この温度差はタングステン線と試料ホルダーの熱伝導が良くないためであると考えられる．
またタングステン線の通電によって単結晶フォルステライト試料を加熱したところ，20 Aほどの電流で，1000 Kにまで加熱できることを確認した．また1000 Kまでに加熱した際の試料ホルダーの温度上昇は10 K（温度にして30 K以下）ほどであった．そのため，昇温脱離質量分析法による実験の際に，試料ホルダーの加熱による脱ガスの影響を抑えられることが期待できる．以上より，本研究で達成を目指していた「真空加熱による単結晶フォルステライト試料の清浄化」が可能な実験装置の開発が実現できた．今後はこの装置を用いて，実際に水素原子や水素分子の化学吸着についての研究を本格的に推進する．

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Chiral Spinodal-like Ordering of Homoimmiscible Water at Interface between Water and Chiral Ice III (2024)
  • 著者名/発表者名: Niinomi Hiromasa、Yamazaki Tomoya、Nada Hiroki、Hama Tetsuya、Kouchi Akira、Oshikiri Tomoya、Nakagawa Masaru、Kimura Yuki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 15 ページ: 659～664
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c03006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparing the radiolytic oxidation of sulfur and chloride within ice on Europa and Mars (2024)
  • 著者名/発表者名: Tan Shuya、Sekine Yasuhito、Kikuchi Takashi、Suematsu Hisayuki、Hama Tetsuya、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Icarus 巻: 410 ページ: 115873(11pp)
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115873
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of crystalline water ice formed through neon matrix sublimation under cryogenic and vacuum conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato Reo、Taniguchi So、Numadate Naoki、Hama Tetsuya
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: 211101(7pp)
  • DOI: 10.1063/5.0150927
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of hydrogen-ordered cubic ice thin films on the surface of ice Ic nanocrystals upon coarsening (2023)
  • 著者名/発表者名: Kouchi Akira、Yamazaki Tomoya、Katsuno Hiroyasu、Nada Hiroki、Hama Tetsuya、Kimura Yuki
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 572 ページ: 111966(15pp)
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2023.111966
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impurity contribution to ultraviolet absorption of saturated fatty acids (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito Shota、Numadate Naoki、Teraoka Hidemasa、Enami Shinichi、Kobayashi Hirokazu、Hama Tetsuya
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 ページ: eadj6438(7pp)
  • DOI: 10.1126/sciadv.adj6438
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anisotropy in spinodal-like dynamics of unknown water at ice V-water interface (2023)
  • 著者名/発表者名: Niinomi Hiromasa、Yamazaki Tomoya、Nada Hiroki、Hama Tetsuya、Kouchi Akira、Oshikiri Tomoya、Nakagawa Masaru、Kimura Yuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 16227(9pp)
  • DOI: 10.1038/s41598-023-43295-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] <i>In situ</i> cryogenic transmission electron microscopy observation on the formation of hydrogen-ordered hexagonal ices and its astrophysical implications (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Tomoya、Kouchi Akira、Murata Ken-ichiro、Katsuno Hiroyasu、Nada Hiroki、Hama Tetsuya、Kimura Yuki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 527 ページ: 2858～2868
  • DOI: 10.1093/mnras/stad3401
  • 査読あり
• [学会発表] キラル氷 III/水界面で水から分離する同素不混和水のスピノーダル様キラル秩序 (2024)
  • 著者名/発表者名: 新家寛正, 山崎智也, 灘浩樹, 羽馬哲也, 香内晃, 押切友也, 中川勝, 木村勇気
  • 学会等名: 令和５年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会
• [学会発表] Formation of Local Cage Structures relevant to Methane Clathrate Hydrate under Interstellar Conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: Reo Sato, So Taniguchi, Naoki Numadate, Tetsuya Hama
  • 学会等名: JpGU Meeting 2023
• [学会発表] 氷V/水界面に生成する未知の水のスピノーダル分解様ダイナミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 新家寛正, 山崎智也, 灘浩樹, 羽馬哲也, 香内晃, 押切友也, 中川勝, 木村勇気
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Infrared measurement for the column density of dangling-OH bonds in amorphous ice at 20 K (2023)
  • 著者名/発表者名: HASEGAWA, Takeshi, YANAGISAWA, Hiroto, NAGASAWA, Takumi, NUMADATE, Naoki, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] The formation of water-cage structure relevant to methane hydrate in cryogenic and ultrahigh vacuum conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: SATO, Reo, TANIGUCHI, So, NUMADATE, Naoki, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Purification of liquid carboxylic acids by recrystallization method and measurement of absorption spectra in near UV wavelength (2023)
  • 著者名/発表者名: SAITO, Shota, TERAOKA, Hidemasa, NUMADATE, Naoki, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Physics and chemistry of interstellar ice: A laboratory perspective (2023)
  • 著者名/発表者名: HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In situ surface analysis of plant cuticle using microscopic attenuated-total-reflection infrared spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: TERAOKA, Hidemasa, SAITO, Shota, NUMADATE, Naoki, OSHIMA, Yoshimi, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Spectroscopic analysis of the correlation between surface and hydrogen bond network in vapor-deposited amorphous water (2023)
  • 著者名/発表者名: NAGASAWA, Takumi, HASEGAWA, Takeshi, YANAGISAWA, Hiroto, NUMADATE, Naoki, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamics study on ultraviolet photodissociation of liquid oleic acid using laser-induced fluorescence (2023)
  • 著者名/発表者名: KOIZUMI, Kensei, SAITO, Shota, NUMADATE, Naoki, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Absolute cross section for OH radical desorption during the 213 nm photolysis of liquid nonanoic acid (2023)
  • 著者名/発表者名: NUMADATE, Naoki, SAITO, Shota, NOJIMA, Yuki, ISHIBASHI, Taka-aki, ENAMI, Shinichi, HAMA, Tetsuya
  • 学会等名: 38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental approaches towards understanding the surface physics and chemistry of interstellar dust and atmospheric aerosols (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Hama
  • 学会等名: XXXIII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC 2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Low- and High-Density Unknown Waters at Interfaces between Water and Ices Grown/Melted by Pressure (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Niinomi, Tomoya Yamazaki, Hiroki Nada, Tetsuya Hama, Akira Kouchi, Tomoya Oshikiri, Masaru Nakagawa, Jun Nozawa, Junpei T. Okada, Satoshi Uda, Yuki Kimura
  • 学会等名: The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy-ICCGE-20
  • 国際学会
• [学会発表] Rapid Crystallization at the Surface of Vapor-Deposited Amorphous Water through Hydrates Formation and Dissociation at 120 K (2023)
  • 著者名/発表者名: Reo Sato, So Taniguchi, Naoki Numadate, Tetsuya Hama
  • 学会等名: The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (9 IDMRCS)
  • 国際学会
• [学会発表] Correlation between surface and bulk hydrogen-bond networks in amorphous water studied by IR-MAIRS (2023)
  • 著者名/発表者名: Takumi Nagasawa, Takeshi Hasegawa, Naoki Numadate, Tetsuya Hama
  • 学会等名: The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (9 IDMRCS)
  • 国際学会
• [学会発表] Infrared multiple-angle incidence resolution spectrometry for laboratory analogs of interstellar ices (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Hama
  • 学会等名: The 8th Asian Spectroscopy Conference (ASC2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Ultra-High Vacuum Cryogenic Transmission Electron Microscopy of Ices Indicates the Possible Formation of Hydrogen-Ordered Ices (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Yamazaki, Akira Kouchi, Ken-ichiro Murata, Hiroyasu Katsuno, Hiroki Nada, Tetsuya Hama, Yuki Kimura
  • 学会等名: The 15th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (PCI-2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Visible Light Induced Photodesorption of Hydroxyl Radicals from Amorphous Solid Water (2023)
  • 著者名/発表者名: Masashi Tsuge, Ayane Miyazaki, Ni-En Sie, W.M.C. Sameera, Yoichi Nakai, Tetsuya Hama, Hiroshi Hidaka, Akira Kouchi, Naoki Watanabe
  • 学会等名: The 15th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (PCI-2023)
  • 国際学会
• [学会発表] In-Situ Observations of Low- and High-Density Unknown Waters at Interfaces between Water and Ices Grown/Melted by Pressure (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Niinomi, Tomoya Yamazaki, Hiroki Nada, Tetsuya Hama, Akira Kouchi, Tomoya Oshikiri, Masaru Nakagawa, Jun Nozawa, Junpei T. Okada, Satoshi Uda, Yuki Kimura
  • 学会等名: The 15th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (PCI-2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 赤外多角入射分解分光法による極低温アモルファス氷の表面構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 健, 柳澤 広登, 長澤 拓海, 沼舘 直樹, 羽馬 哲也
  • 学会等名: 第17回分子科学討論会2023
• [学会発表] 液体脂肪酸試薬中に含まれる微量不純物が紫外吸収スペクトルに与える影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 齊藤 翔大, 沼舘 直樹, 寺岡 秀将, 小林 広和, 江波 進一, 羽馬 哲也
  • 学会等名: 第17回分子科学討論会2023
• [学会発表] 高温真空昇温脱離法(TPD)を用いた模擬星間有機物ダストの化学構造の分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 妹尾梨子, 左近樹, 吉井丈晴, 羽馬哲也, 清水俊介, 川口遼, 尾中敬
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 異方スピノーダル様脱濡れが示唆する水/氷V界面における未知の水の液晶性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新家 寛正, 山崎 智也, 灘 浩樹, 羽馬 哲也, 香内 晃, 押切 友也, 中川 勝, 木村 勇気
  • 学会等名: 第72回高分子討論会
• [学会発表] Impurity contribution to photoabsorption of saturated fatty acids and its implications to tropospheric chemistry (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hama, S. Saito, N. Numadate, H. Teraoka, S. Enami, H. Kobayashi
  • 学会等名: Workshop on Interstellar Matter 2023 (ISM2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental measurement for absorption cross section of two-coordinated dangling OH bonds on the surface of amorphous ice at 20 K (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hasegawa, H. Yanagisawa, T. Nagasawa, N. Numadate, T. Hama
  • 学会等名: Workshop on Interstellar Matter 2023 (ISM2023)
  • 国際学会
• [学会発表] In situ electron diffraction analysis of stacking sequences in ice I under interstellar conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Sato, S. Taniguchi, N. Numadate, T. Hama
  • 学会等名: Workshop on Interstellar Matter 2023 (ISM2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 液体脂肪酸の光吸収断面積と対流圏での光分解速度 (2023)
  • 著者名/発表者名: 齊藤翔大, 沼舘直樹, 寺岡秀将, 小林広和, 江波進一, 羽馬哲也
  • 学会等名: 第28回大気化学討論会(2023)
• [学会発表] 不純物を除去した液相脂肪酸の紫外吸収スペクトルと吸収断面積 (2023)
  • 著者名/発表者名: 羽馬 哲也, 齊藤 翔大, 沼舘 直樹, 寺岡 秀将, 小林 広和, 江波 進一
  • 学会等名: 原子衝突学会 第48回年会
• [学会発表] 液体有機物界面の光分解ダイナミクス研究への挑戦 (2023)
  • 著者名/発表者名: 沼舘 直樹, 小泉 憲生, 齊藤 翔大, 羽馬 哲也
  • 学会等名: 原子衝突学会 第48回年会
• [学会発表] 氷V/水界面の未知の水のスピノーダル様脱濡れにおける異方性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新家寛正, 山崎智也, 灘浩樹, 羽馬哲也, 香内晃, 麻川明俊, 押切友也, 中川勝, 木村勇気
  • 学会等名: 第52回結晶成長国内会議（JCCG-52）
• [図書] 植物の超階層生物学: ゲノミクス×フェノミクス×生態学でひもとく多様性 第7章 赤外分光法によるヤセイカンランのクチクラの構造解析 -物理化学者による非破壊計測の試み (2023)
  • 著者名/発表者名: 羽馬 哲也 , 関 功介
  • 総ページ数: 344
  • 出版者: 文一総合出版
  • ISBN: 978-4-8299-6210-7
• [備考] 物質進化の謎を解き明かす『宇宙の化学』の物語
  • URL: https://10mtv.jp/pc/column/article.php?column_article_id=3813
• [備考] 東大と筑波大、海洋エアロゾルに含まれる脂肪酸の光吸収効率を決定することに成功
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP662193_Z10C23A9000000/
• [備考] 海洋エアロゾル、太陽光ほぼ吸収せず 東大など解明、気候変動予測の精度向上
  • URL: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00686472
• [備考] 東北大・北大・鳥取大・東大、キラルな高圧氷と水の界面にキラル液晶らしき水を発見
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP666818_R10C24A1000000/