負ミュオンスピン・インジェクションによる非磁性核における核スピン緩和測定法の実現

负μ子自旋注入实现非磁性核中核自旋弛豫测量方法

• 批准号: 19K21859
• 负责人: 竹下 聡史
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K21859/
• 关键词: 負ミュオンスピンインジェクション; 分子ダイナミクス; 負ミュオンスピン緩和法; スピン緩和測定; 分子運動; スピンインジェクション; 疑似核

本研究は、負ミュオンによるスピン緩和法を応用することにより、核スピンを持たない12C核において核スピン緩和測定を可能とする極めて画期的な手法（負ミュオンスピンインジェクション法）を実現するものである。さらに本手法応用することにより、高分子材料で重要、かつ他の測定手法では観測が容易ではないMHz帯における分子運動を同定する事を目的とする。2021年度に、やや複雑な系であるトルエン、およびポリブタジエンへ本手法の適用を試み、一つの水素原子核のスピンと負ミュオンのスピンの2スピン間の双極子磁場による超微細相互作用に対応する信号が得られ、さらにMHz領域における超微細相互作用の揺らぎ周波数をとらえた可能性が期待される結果を得た。一方で、負の電荷をもつミュオンが原子核に捕獲されることから、系がクーロン爆発を起こしている可能性について検証する必要性がでてきた。そこで、2022年度においてはこの点を検証するために、極めてシンプルな構造を有するエチレンでの実験を行った。その結果、当初想定していたクーロン爆発が生じない単純なミュオニックエチレンの構造では説明ができない構造を取っていることが明らかとなった。可能性としては、実際にクーロン爆発が生じているケース、及び一旦ミュオニックエチレンとなった後、周囲のエチレンと化学反応し、結合している構造を取っているケースが考えられるが、現時点ではその切り分けができていない。今年度は、精密な第一原理計算を実施して化学構造の同定を行うとともに、ミュオニックエタン等の二重結合を有しない系に対する実験を行い、クーロン爆発の有無の検証を行うとともに、本手法により得られる微視的なダイナミクスの情報を明らかにしていく予定である。

本研究旨在实现一种极其创新的方法（负μ子自旋注入法），通过应用使用负μ子的自旋弛豫方法，可以在没有核自旋的12C原子核中进行核自旋弛豫测量。此外，通过应用这种方法，我们的目标是识别 MHz 频段的分子运动，这对于聚合物材料很重要，并且使用其他测量方法很难观察到。 2021年，我们将尝试将此方法应用于甲苯和聚丁二烯这两个有些复杂的系统，并将生成与两个自旋（一个氢核自旋和一个负μ子自旋）之间的偶极子磁场引起的超精细相互作用相对应的信号我们获得的结果有望表明捕获 MHz 范围内超精细相互作用的波动频率的可能性。另一方面，由于带负电的μ子被原子核捕获，因此需要验证系统发生库仑爆炸的可能性。因此，在2022年，为了验证这一点，我们利用结构极其简单的乙烯进行了实验。结果很明显，该结构不能用μ子乙烯的简单结构来解释，μ子乙烯不会像最初假设的那样引起库仑爆炸。可能性包括实际发生库仑爆炸的情况，以及一旦变成μ子乙烯就与周围的乙烯发生化学反应并形成键的情况，但目前还无法区分。今年，我们将进行精确的第一性原理计算，以确定化学结构，对μ乙烷等无双键的系统进行实验，并验证是否存在库仑爆炸，我们计划澄清所获得的微观动力学信息。通过这种方法。

项目成果

Polymer dynamics and chemical state in negative muon spin relaxation measurement

负μ子自旋弛豫测量中的聚合物动力学和化学态

• 发表时间: 2021
• 作者: Soshi Takeshita;Izumi Umegaki;Jun Sugiyama;Koichiro Shimomura;Akihiro Koda;Masatoshi Hiraishi;Shoichiro Nishimura;Jumpei Nakamura;Hirotaka Okabe;Ryosuke Kadono
• 通讯作者: Ryosuke Kadono

負ミュオンスピン緩和法を用いた高分子ダイナミクス測定法の開発

负μ子自旋弛豫法聚合物动力学测量方法的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: Asami Yokozawa;Seiju Hasegawa;Keisuke Imaeda;Kohei Imura;竹下聡史，梅垣いづみ，杉山純，平石雅俊，幸田章宏，岡部博孝，西村昇一郎，中村惇平，神田聡太郎，下村浩一郎，門野良典，瀬戸秀紀
• 通讯作者: 竹下聡史，梅垣いづみ，杉山純，平石雅俊，幸田章宏，岡部博孝，西村昇一郎，中村惇平，神田聡太郎，下村浩一郎，門野良典，瀬戸秀紀

高分子における負ミュオンスピン緩和測定

聚合物中负μ子自旋弛豫测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 竹下聡史;清谷多美子;友野大;梅垣いづみ;杉山 純;平石雅俊;幸田章宏;岡部博孝;西村昇一郎;中村惇平;神田聡 太郎;下村浩一郎;門野良典;瀬戸秀紀
• 通讯作者: 瀬戸秀紀

正負ミュオンによる高分子のμSR

正负μ子引起的聚合物μSR

• 发表时间: 2020
• 作者: Kiriki Shin;Li Xiaolong;Nakano Yushi;Soma Teruhiko;山中雅則;竹下聡史
• 通讯作者: 竹下聡史

負ミュオンスピン回転・緩和・共鳴法の展望

负μ子自旋旋转、弛豫和共振方法的展望

• 发表时间: 2020
• 作者: Masanori Yamanaka;竹下聡史
• 通讯作者: 竹下聡史