Time-resolved spin contrast variation for precise nanostructure determination

用于精确纳米结构测定的时间分辨自旋对比度变化

基本信息

批准号：
21H03741
负责人：
熊田高之
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

液体窒素に滴下することで急速凍結した濃厚グルコース溶液試料のスピンコントラスト変調中性子小角散乱実験を行ったところ、試料中の水素核偏極度とともに非相似的に変化する偏極中性子小角散乱曲線が得られた。散乱信号の非相似的変化は、複数の散乱成分が一つの散乱曲線に含まれていることを示す。しかしながら、当初その散乱体を特定する手法が無かった。そこで、水素核の偏極度が立ち上がる最中に中性子散乱測定を連続測定した後、データを5分ごとに切り分けたところ、各時刻の水素核偏極度に対して連続的に変化する散乱曲線を得ることに成功した。解析の結果、散乱成分の一つは水素核偏極度13%で消失する、つまりこの偏極度において2つの成分間の散乱長密度（体積当たりの原子からの干渉性散乱長の和）が厳密に一致する状態になることを突き止めた。様々な状態を仮定しながら成分ごとの散乱長密度の計算を繰り返した結果、本散乱成分はガラス状濃厚糖溶液中に生成する氷晶からのものであることを突き止めた。本散乱成分の強度は波数の自乗に反比例しながら減少することから、氷晶は厚さがわずか1nmの平面体を形成していることを突き止めた。この厚みは、過冷却水中に生じる氷晶の臨界半径の計算値とほとんど等しい。このことから、過冷却水中で氷晶が生成後、特定の軸方向に氷晶はほとんど成長しないことを示している。グルコース分子がどのようにしてその成長を抑制したのか？当該分野の研究に一石を投じるものである。

当自旋对比度调制中子小角度散射实验上时，在浓缩的葡萄糖溶液样品上进行了迅速冷冻的葡萄糖溶液样品，该样品将其滴入液氮中，这是一种极化的中子中子小角度散射策划，与样品中的氢核极化程度不同。散射信号的不同变化表明，多个散射成分包含在一个散射曲线中。但是，最初没有识别散射器的方法。因此，在氢核的偏振上连续进行中子散射测量，并每5分钟切出数据，并且随着氢核的极化而连续改变了散射曲线。分析的结果是，发现其中一个散射成分消失在13％的氢核极化水平，即在这种极化水平上，两个组分之间的散射长度密度（来自每体积原子的相干散射长度之和）完全相同。假设各种状态，重复每个组分的散射长度密度，并且由于重复计算，发现散射成分来自玻璃状浓缩糖溶液中产生的冰晶体。由于这种散射成分的强度随波数的平方而倒数，因此发现冰晶形成一个仅厚度仅为1 nm的平面体。这种厚度几乎等于超冷水中发生的冰晶的临界半径。这表明在超冷水中形成冰晶后，冰晶几乎不会沿特定的轴向发展。葡萄糖分子如何抑制其生长？这是该领域研究的股份。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

偏極中性子と水素核偏極技術を用いた構造研究の新展開

使用极化中子和氢核极化技术进行结构研究的新进展

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
今村薫平;水上雄太;吉田悠生;橋本顕一郎;田中桜平;原澤龍平;栗田伸之;田中秀数;藤本聡;山田昌彦;村山陽奈子;笠原裕一;松田祐司;E. G. Moon;芝内孝禎;熊田高之
通讯作者：
熊田高之

Nanoscopic structure of borosilicate glass with additives for nuclear waste vitrification

DOI：
10.1016/j.jnoncrysol.2021.121352
发表时间：
2021-12-20
期刊：
JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS
影响因子：
3.5
作者：
Motokawa, Ryuhei;Kaneko, Koji;Heller, William T.
通讯作者：
Heller, William T.

Spin-Contrast-Variation Small-Angle Scattering, Reflectometry & Diffractometry Using Polarized Neutrons and Proton-Polarized Samples

自旋对比度变化小角散射、反射测量

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takayuki Kumada;Daisuke Miura
通讯作者：
Daisuke Miura

Structure analysis of hybrid materials using polarized neutrons and polarized protons

使用极化中子和极化质子进行混合材料的结构分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
X. Pang;M. Kawamata;M. Fujita;Y. Nambu;熊田高之
通讯作者：
熊田高之

Structure analysis of a buried interface between organic and porous inorganic layers using spin-contrast-variation neutron reflectivity

DOI：
10.1107/s1600576722007506
发表时间：
2022-10-01
期刊：
JOURNAL OF APPLIED CRYSTALLOGRAPHY
影响因子：
6.1
作者：
Kumada, Takayuki;Miura, Daisuke;Niizeki, Tomotake
通讯作者：
Niizeki, Tomotake

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熊田高之其他文献

Effect of the thermalization of secondary electron energies on plasma formation during the irradiation of heavy ions

重离子辐照过程中二次电子能量热化对等离子体形成的影响

DOI：
10.1016/j.nimb.2023.02.014
发表时间：
2023
期刊：
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms
影响因子：
0
作者：
Hiroshi Koshikawa; Shunya Yamamoto; Masaki Sugimoto; Shinichi Sawada; Tetsuya Yamaki;熊田高之;Kengo Moribayashi
通讯作者：
Kengo Moribayashi

プラズマミラーを用いた周波数分解光ゲート法による真空紫外波形計測

使用等离子镜的频率分辨光选通方法进行真空紫外波形测量

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
板倉隆二;熊田高之;中野元善;赤木浩
通讯作者：
赤木浩

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使用质子偏振样品进行小角度中子散射、反射测量和衍射测量

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Okudaira Takuya;Oku Takayuki;Sakai Kenji;Hiroi Kosuke;Shinohara Takenao;Ino Takashi;Kira Hiroshi;Hayashida Hirotoshi;Suzuki Jun-ichi;Kakurai Kazuhisa;Aizawa Kazuya;熊田高之
通讯作者：
熊田高之