Development of the muSR-detected electron spin resonance method for elucidating the electronic state of muonium defects

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12484
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Ito Takashi 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10455280)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ミュオニウム欠陥 / ミュオンスピン回転緩和法 / 電子スピン共鳴法 / 水素欠陥

Outline of Final Research Achievements

In order to open up muonium (Mu) defect research using the electron spin resonance method, we have developed an RF probe required for the experiment and established the method through a demonstration experiment at the Materials and Life Science Experimental Facility at J-PARC. Using this probe, we succeeded in measuring the g-values of paramagnetic Mu defects in rutile TiO2, and obtained a result suggesting that there may be small differences between the g-values of Mu defects and those of paramagnetic H defects. Further improvement of the measurement accuracy of the g-values by means of instrumentation improvements is expected to advance the study of the isotope effects on Mu and H defects.

Free Research Field

物性物理学、量子ビーム科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

常磁性Mu欠陥のg値を測定する手法を確立したことにより、その電子状態をより多角的に解析できるようになった。これは水素とMuのアナロジーに基づいた水素欠陥研究と、水素・Mu欠陥間の差異に関する同位体科学のさらなる発展につながる成果である。また、本研究を通してJ-PARCミュオン実験施設に初めて導入された4He温度におけるRFスピン共鳴技術は、Mu欠陥研究に限らず低温物性研究に広く応用できることから、磁性研究などの他分野への波及効果も期待される。