量子固体を用いた低温固相内化学反応とその圧力効果の研究

利用量子固体研究低温固相化学反应及其压力效应

基本信息

批准号：
14740336
负责人：
熊田高之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

放射線照射した固体水素中に生成するイオン種の研究は1980年代から広く行われている。しかしながらその信号はこれまで観測されることがなかった。報告者は高純度固体パラ水素を用いた高分解:能電子スピン共鳴分光法を用い、放射線照射した固体パラ水素中に等価な4本線の信号を観測し、理論計算と比較検討した結果それらがH_6^+イオンであることを示した。またその後の研究から重水素分子を1%程度含むパラ水素固体において4本線が重水素の核スピンによりさらに分裂したH_4D_2^+のシグナルを観測することに成功し、上記の同定が確かなものであることが確認された。電子スピン共鳴信号強度から決定された固体水素の放射線分解によるH_6^+の収率は、赤外分光により決定された全イオン種のそれに極めて近い。この結果放射線照射により固体水素中に生成する主イオン種はH_6^+であることが強く示唆される。一方で水素ガスを放射線分解したときにできるイオン種はH_3^+であり、このH_3^+が宇宙空間における化学反応を支配する重要な化学種として広く知られている。今回の研究結果は固体中における放射線誘起反応が気相中におけるそれと大きく異なる典型例が、水素イオンという単純かつ主要な化学種においても引き起こされることを示したものである。報告者はまた低温固相中における化学種のエネルギー緩和を研究すべく、超短パルスレーザーを用いた固体クリプトン中におけるヨウ素分子の振動量子状態のエネルギー及び位相緩和をコヒーレント反ストークスラマン分光法により調べた。緩和速度を7〜40Kの温度範囲、1【less than or equal】19の振動量子状態において測定した結果、エネルギー緩和は4つのフォノンを瞬時生成する過程、位相緩和は固体中に既存するフォノンとの弾性散乱が支配的であることを示した。

自 20 世纪 80 年代以来，人们广泛开展了对受辐射照射的固体氢中产生的离子物种的研究。然而，这个信号以前从未被观察到。作者利用高纯度固体仲氢的高分辨率电子自旋共振光谱观察了辐射照射下的固体仲氢中的四个等效信号，并与理论计算结果进行了比较，结果表明它是H_6^+离子。另外，随后的研究成功地观察到在含有约1%氘分子的仲氢固体中由于氘的核自旋而进一步分裂出4条线的H_4D_2^+信号，证实了上述鉴定的存在。。由电子自旋共振信号强度测定的固体氢辐射分解H_6^+的产率与红外光谱测定的总离子种类的产率非常接近。结果强烈表明，固体氢中辐射照射产生的主要离子种类是H_6^+。另一方面，氢气辐射分解时产生的离子物种是H_3^+，并且该H_3^+被广泛认为是控制外层空间化学反应的重要化学物种。这项研究的结果表明，固体中辐射诱发反应的典型例子与气相中的辐射诱发反应显着不同，也是由氢离子这种简单而主要的化学物质引起的。为了研究低温固相中化学物质的能量弛豫，作者还利用相干反斯托克斯拉曼光谱Ta研究了固体氪中碘分子振动量子态的能量和相位弛豫。。测量7～40 K温度范围、1[小于或等于]19个振动量子态下的弛豫率，结果发现，能量弛豫是瞬间产生4个声子的过程，相位弛豫是瞬时产生4个声子的过程。瞬时产生四个声子，相位弛豫是产生固体中存在的声子的过程，结果表明弹性散射占主导地位。