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。

当对浓葡萄糖溶液样品进行自旋对比调制小角中子散射实验时，该溶液通过滴入液氮中而快速冻结，我们获得了随氢的极化而变化的极化小角中子散射曲线样品中的原子核。散射信号的不同变化表明一条散射曲线中包含多个散射分量。然而，一开始并没有办法识别散射体。因此，通过在氢核极化上升的同时连续测量中子散射，然后将数据分成5分钟的间隔，我们得到了每次相对于氢核极化连续变化的散射曲线。成功的。分析的结果是，氢核极化13%时，其中一个散射分量消失，也就是说，在该极化下，两个分量之间的散射长度密度（每体积原子的相干散射长度之和）严格为我发现他们的状态是一致的。假设各种条件，反复计算各成分的散射长度密度，结果判定该散射成分来自于玻璃状的浓缩糖溶液中形成的冰晶。由于这种散射成分的强度与波数的平方成反比减小，我们发现冰晶形成厚度仅为1 nm的平面体。该厚度几乎等于计算出的过冷水中形成的冰晶的临界半径。这说明冰晶在过冷水中形成后，几乎不沿着特定的轴向方向生长。葡萄糖分子如何抑制其生长？这是该领域研究的一个突破。