| 研究課題/領域番号 |
26600102
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
河江 達也 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30253503)
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| 研究分担者 |
稲垣 祐次 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10335458)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 金属中水素 / 液体水素 / 吸蔵･拡散 / 量子現象 / トンネル効果 / ナノコンタクト |
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| 研究実績の概要 |
金属ワイヤの線径をバルクからナノサイズまで精密に制御できるブレークジャンクション実験を液体水素中などの低温環境で実施することで、量子トンネルによる水素の侵入・拡散過程の直接観測を行っている。まずT～20Kで直径～7nmのナノワイヤを作製した後に液体水素を導入すると、微分伝導信号dI/dVは大きく変化する。ピュア金属で見られるシャープなピーク状の形状から山全体がブロードになる。さらにこの信号を微分したd2I/dV2は、水素導入前には伝導電子－フォノン散乱に起因してV =±20meV近傍にピーク状の異常が見られるが、導入後にはV ＝±60mV近傍に異常が現れ、信号自体の形状が大きく変化することがわかった。この信号は室温で十分に水素吸蔵後に低温に冷却したPdH～0.6水素化金属の信号と非常に良く一致する。さらに異常の見られるV ～ 60meVはPd中にトラップされた水素の第一励起順位に良く一致する。つまり金属中に水素が侵入した際に見られる実験結果は、バイアス電圧によって加速された電子がPd中にトラップされた水素に衝突することで、水素が励起するという描像で理解できることがわかった。以上の結果はApplied Physics Letters, 106, 021605 (2015) に論文として掲載されている。
さらに同様の実験をPd同様に水素吸蔵金属として知られる、Vナノコンタクトを用いて行ったところ、液体水素からVコンタクトへの水素吸蔵が確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでPd, V金属ナノコンタクトを利用して、液体水素からナノコンタクトへの水素の吸蔵現象を追跡してきた。その結果、熱的な吸蔵･拡散過程が凍結された液体水素温度でも、水素の吸蔵･拡散現象が確認できた。これは水素が量子トンネルによって金属内に侵入することを示すことを、直接的に示す初めての実験と考えられる。さらにこの結果は、ナノコンタクトを利用した水素検出方法も非常に有効であることを示している。
今後は、この方法を用いて他の金属で実験を行うなど、金属中水素に関するさらに多様な実験が期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで行ってきた実験をさらに他の金属で行うことで液体水素温度における、トンネル効果による水素の金属内への吸蔵･拡散現象の一般性を探る。さらに、重水素は水素に比べ中性子を余分に持つため、両者の全スピン角運動量は異なる。そこでこのスピン統計性の違いによって誘起される量子現象に焦点を当て研究を進める。
上記のナノコンタクトを用いた測定とは独立に、ワイヤの機械的振動を用いた水素検出法も開発中である。機械的振動法を発展させることで、水素のトンネル拡散現象をマクロ測定から探っていく。
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