ランタノイドイオン結晶のレーザー操作によるニュートリノ質量分光法の開発研究

激光操纵稀土离子晶体中微子质谱的发展研究

基本信息

批准号：
20H00161
负责人：
吉見彰洋
金额：
$ 26.46万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、前年度に製作した Er:YLF 結晶に対して電子スピン共鳴(ESR)実験を行い、ニュートリノ研究にとって重要な結晶中での電子スピンの振舞いの研究を行った。結晶中の Er イオンの4f電子遷移に対し、マクロコヒーレンス増幅機構を利用して、弱いニュートリノ対放出遷移レートの増幅に伴って現れる電子スピン磁化の緩和時間や線幅を測定し、考察を深めておくことが重要である。Er イオン濃度 0.1% 及び 0.01% の結晶(1 x 2 x 3.5 mm)に対して、温度 5～35 K の範囲でESR実験を行った。この温度範囲では明瞭な ESR 信号が観測された。Er は6種類の安定アイソトープが存在するが、唯一核スピンを持つEr-167の超微細構造も観測された。また結晶軸と静磁場との角度をスキャンした ESR 強度スペクトルを取り、1軸結晶中のg因子テンソルパラメータを確認した。各温度における ESR スペクトルの詳細を調べると、15 K 以上ではローレンツ関数型で、10K 以下ではガウス関数型であることが観測された。このことから、15K 以上ではErイオン 4f 電子スピンと結晶格子間の交換相互作用による緩和が支配的で、10K 以下では残留スペクトル幅が存在し、スピン-スピン間の双極子相互作用による緩和が支配的であることが示唆された。以上の取得したデータを総合的に判断すると、温度 5K ではスピン縦緩和時間は 1 ~ 0.1 ms の程度であり、横緩和時間に関しては Li-6, 7 とEr 間のスピン-スピン相互作用に依るものであると推定される。以上の結果から、ニュートリノ研究を進めるにあたって、最低ラインの緩和時間があることが認められたが、Li 元素のアイソトープ純化によってより線幅の狭い系が実現できそうだとの期待が持てる。また、Er:YSO 中の超放射実験の理解も進めた。

今年，我们对去年制作的Er:YLF晶体进行了电子自旋共振（ESR）实验，研究了晶体中电子自旋的行为，这对于中微子研究具有重要意义。利用宏观相干放大机制，测量了晶体中Er离子4f电子跃迁的弱中微子对发射跃迁速率放大时出现的电子自旋磁化强度的弛豫时间和线宽，加深了我们的认识。保留很重要ESR 实验在温度范围为 5 至 35 K 的晶体 (1 x 2 x 3.5 mm) 上进行，Er 离子浓度为 0.1% 和 0.01%。在此温度范围内观察到清晰的 ESR 信号。 Er 有 6 种稳定同位素，但还观察到了 Er-167 的超精细结构，这是唯一一种具有核自旋的同位素。我们还获得了扫描晶轴与静磁场之间角度的ESR强度谱，并确认了单轴晶体中的g因子张量参数。当检查每个温度下的 ESR 光谱的细节时，观察到它在 15 K 以上是洛伦兹函数，在 10 K 以下是高斯函数。因此，在15K以上，Er离子4f电子自旋与晶格之间的交换相互作用引起的弛豫占主导地位，而在10K以下，存在残余光谱宽度，并且自旋-自旋偶极子相互作用引起的弛豫占主导地位。案件。综合以上获得的数据来看，在5K温度下，自旋纵向弛豫时间约为1～0.1ms，横向弛豫时间取决于Li-6、7和Er之间的自旋-自旋相互作用。据推测，从以上结果可知，在进行中微子研究时，存在最小谱线弛豫时间，但通过Li元素的同位素纯化，有望实现更窄谱线宽度的系统。我们还加深了对 Er:YSO 超辐射实验的理解。