極低温量子固体p-H_2をマトリックスに用いたラジカルの高感度・高分解能ESR測定

以低温量子固体p-H_2为基体的自由基高灵敏度、高分辨率ESR测量

基本信息

批准号：
07217210
负责人：
宮崎哲郎
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07217210/
关键词：
極低温固体水素量子固体パラ水素 ESR 高分解能ESR 水素分子アニオン

项目摘要

極低温における固体水素は量子固体と呼ばれ、p-H_2は回転量子状態(J)がJ=0であり核スピンが0である。p-H_2の核磁気モーメントが零であるために、ラジカルの電子と周囲のp-H_2分子とのsuperhyperfine相互作用が消滅し、ESRの線幅が液体中のように狭くなり、極低温において高感度・高分解能ESR測定が可能になる。また、極低温固体であるため不安定な反応活性種を捕捉し、観測することが出来る。固体p-H_2をγ線照射すると、12.4G離れた2本線および407G離れた2本線が観測された。これらは、p-H_2の放射線照射で生成した電子がH_2に付着し生成したH_2^-アニオンによるものと同定された。このH_2^-アニオンはp-H_2^-(〜30%)とo-H_2^-(〜70%)との混合物である。H_2^-アニオンを明確に観測した初めての例である。さらに、このアニオンは徐々に減衰するが、p-H_2^-の方がo-H_2^-よりも減衰速度が若干速い。これはp-H_2^-からo-H_2^-への転化が起こっているためである。分子の場合、p-H_2(J=0)→o-H_2(J=1)への転化が極低温では起こり得ないが、アニオンの場合、p-H_2^-→o-H_2^-への転化が起こる。この理由として、水素核の波動関数から考えると、アニオンになると分子の場合とは異なり、p-H_2^-はJ=1、o-H_2^-はJ=0となる。従つて、p-H_2^-(J=1)からo-H_2^-(J=0)への転化が可能になる。これは化学反応に対する核スピンの効果であり、新しい量子効果であると言える。

Solid hydrogen at extremely cryogenic temperatures is called quantum solids, and p-H_2 has a rotating quantum state (J) of J=0 and a nuclear spin of 0. Because the nuclear magnetic moment of p-H_2 is zero, the superhyperfine interaction between the radical electrons and the surrounding p-H_2 molecules disappears, and the line width of the ESR becomes narrower like in a liquid, allowing high-sensitivity and high-resolution ESR在极低的温度下进行测量。此外，可以捕获和观察到它是一种非常低温的固体，不稳定的反应物种。当辐照固体P-H_2时，观察到两条12.4g和两条407G的线相距407G。这些被鉴定为由粘附于H_2的P-H_2辐射产生的电子产生的H_2^anion。此H_2^-Anion是P-H_2^ - （〜30％）和O-H_2^ - （〜70％）的混合物。这是第一次清楚地观察到阴离子。此外，尽管该阴离子逐渐衰减，但P-H_2^ - 比O-H_2^ - 的衰减速率稍快。这是因为从p-h_2^ - 到o-h_2^ - 。对于分子，转换为p-h_2（j = 0）→o-h_2（j = 1）不能在极度低温的温度下发生，而在阴离子的情况下，转换为p-h_2^ - →o-h_2^ - 发生。这样做的原因是，当考虑氢核的波函数时，当阴离子变成时，p-h_2^ - 为j = 1，而o-h_2^ - 当它变成分子时为j = 0。因此，可以从p-h_2^ - （j = 1）转换为o-h_2^ - （j = 0）。这是核自旋对化学反应的影响，可以说是一种新的量子效应。