2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics and Thermodynamics of Loosely Bound Molecules in Condensed Phases
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15K05404
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鈴木 晴 大阪大学, 理学研究科, 招へい研究員 (50633559)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 原子・分子内包フラーレン / 熱容量 / テラヘルツ分光法 / 回転運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，結晶中に原子や分子がゆるく束縛された特異なシステムにおいて，これらの原子や分子がどのように相互作用して，集団的なふるまいが発現するかを，テラヘルツ分光法や熱容量測定法を用いて調べた．
平成29年度は，H2O分子がフラーレンC60にゆるく束縛されたH2O@C60の低温熱容量測定を詳しく調べた．その結果，H2O分子が10 K以下の極低温においても回転運動を続けていることが確認され，その量子力学的なエネルギー準位間の熱的な遷移を異常熱容量として検出することに成功した．また，分子の回転運動に核スピン状態が絡み合って生じる一重項（パラ）状態と三重項（オルト）状態の間の緩和現象を熱容量の時間変化として捉え，得られた緩和時間の温度依存性から，熱活性型と，非熱活性型の2成分が存在することも明らかにした．さらに，籠の役割を果たすC60フラーレンを，エポキシ基の付いたC60Oに置き換えると，緩和挙動時定数が劇的に大きくなることも見出した．
３年間の研究期間全体を通じて，C60の内部空間にLi+というイオンがゆるく束縛された場合とH2O分子という極性分子が束縛された場合の２パターンについて，内包粒子のダイナミクスと熱力学的な特性を明らかにした．低温の結晶中においても，C60の遮蔽効果が非常に大きいことから，内包粒子が特異な運動様式を示すことが明らかになり，Li+イオンでは24 K以上では周回運動を，それ以下の温度で局在化した振動運動をすることが示された．一方，H2Oでは，10 K以下の極低温においても，あたかも気体状態のようにH2O分子が回転することが明らかになった．
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Research Products
(8 results)
