負ミュオンスピン・インジェクションによる非磁性核における核スピン緩和測定法の実現

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本研究は、負ミュオンによるスピン緩和法を応用することにより、核スピンを持たない12C核において核スピン緩和測定を可能とする極めて画期的な手法（負ミュオンスピンインジェクション法）を実現するものである。さらに本手法応用することにより、高分子材料で重要、かつ他の測定手法では観測が容易ではないMHz帯における分子運動を同定する事を目的とする。2021年度に、やや複雑な系であるトルエン、およびポリブタジエンへ本手法の適用を試み、一つの水素原子核のスピンと負ミュオンのスピンの2スピン間の双極子磁場による超微細相互作用に対応する信号が得られ、さらにMHz領域における超微細相互作用の揺らぎ周波数をとらえた可能性が期待される結果を得た。一方で、負の電荷をもつミュオンが原子核に捕獲されることから、系がクーロン爆発を起こしている可能性について検証する必要性がでてきた。そこで、2022年度においてはこの点を検証するために、極めてシンプルな構造を有するエチレンでの実験を行った。その結果、当初想定していたクーロン爆発が生じない単純なミュオニックエチレンの構造では説明ができない構造を取っていることが明らかとなった。可能性としては、実際にクーロン爆発が生じているケース、及び一旦ミュオニックエチレンとなった後、周囲のエチレンと化学反応し、結合している構造を取っているケースが考えられるが、現時点ではその切り分けができていない。今年度は、精密な第一原理計算を実施して化学構造の同定を行うとともに、ミュオニックエタン等の二重結合を有しない系に対する実験を行い、クーロン爆発の有無の検証を行うとともに、本手法により得られる微視的なダイナミクスの情報を明らかにしていく予定である。