negative muon spin spectroscopy for ion diffusion measurements

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Liイオン電池の正極材料は、層状岩塩構造、スピネル構造、オリビン構造に大別される。これらについてはmu±SRで核磁場揺らぎの温度依存性を測定し、拡散種がmu+ではなくLi+であることを確認した。この知見を基に、オペランドmu+SR測定によりLixCoO2中のDJを求めたところ、反応面積を規定しやすい薄膜試料の電気化学測定結果とほぼ一致する結果を得た。Li電池材料のmu-SR測定では、ミュオンLi原子（mu-Li）からの信号が不可避的に含まれる。そこで、Li金属単体のmu-SRスペクトルを室温から５Kまでの温度範囲で測定し、横磁場回転スペクトルが緩和しないことを確認した。これはLi核スピンとmu-スピンの超微細結合磁場が大きすぎて、周囲のLi核による双極子磁場を隠してしまうためと思われる。また、大気中で不安定なLi金属でも安定してmu-SR測定できる測定容器も開発済みである。種々のミュオン原子の崩壊により発生する異なる寿命のmu-信号からなるスペクトルの解析法については、理論式を導出し[Muon Spin Spectroscopy: An Introduction (Oxford, 2022)]、さらに実験結果に適合する解析法も提案した。これらの実験と解析結果を2022年8月にパルマ（イタリア）で開催されたmuSR2020国際会議で発表した。ミュオン原子近傍の局所歪みが核磁場へ及ぼす影響については、核磁場を形成するのが双極子磁場なので、影響は少ないと予想している。これは、近接原子間の交換相互作用が重要な電子磁性の場合と比べると大きな相違である。しかしより定量的に影響を見積もるため、ミュオン誘起局所歪み計算の専門家と共同研究を実施中である。