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Giant Exchange Reaction from Hydrogen to Deuterium on a Nanocrystalline Silicon Surface

纳米晶硅表面从氢到氘的巨大交换反应

基本信息

批准号：
20H04455
负责人：
松本貴裕
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Nagoya City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

水素終端ナノ結晶シリコン(Si)に光を照射することによって水素離脱現象がおこることが知られている。一方, 重水素終端ナノ結晶Siに光を照射しても重水素が容易に離脱しないことを見出した。化学的結合エネルギーが同じである水素と重水素で，どうしてこのように大きな水素離脱速度の違いが存在するかについては，現在のところ明確になっていない。本年度の研究において，水素終端ナノ結晶Siの赤外振動状態に着目して中性子非弾性散乱実験をおこなったところ，水素から重水素への特異な交換反応が起こることを発見した。この反応は，n-Siを，重水素を含む溶液に浸すだけで，水素が重水素に積極的に置換されるというものである（濃縮率は4倍）。本中性子散乱実験と量子力学に基づくエネルギー計算を組み合わせることで，n-Si表面の水素が重水素に置換される濃縮率について，定量的に評価することに成功した。この交換プロセスは， n-Si表面に結合した水素と重水素の量子力学的零点エネルギーの相違に密接に関連していると考えられる。令和3年度は本成果を論文にして，アメリカ物理学会誌への掲載を見た。また，シリコンナノ結晶表面に結合した2個の水素原子が，安定した量子もつれ状態になることを発見した。中性子非弾性散乱法を用いて，シリコン表面（Si:100面）に結合した水素の振動状態を観測し，2個の水素が量子もつれ状態にある直接的証拠を得ることに成功した。この量子もつれ状態の特長としては，従来の水素分子の量子もつれ状態と比較すると，10倍以上の大きな振動エネルギーを有するため，室温でも安定な量子もつれ状態を形成することができる。また，シリコン半導体表面処理技術を利用することによって，従来（10^2 bit)よりも遥かに多い10^6個以上の量子ビットの形成が可能となる。令和3年度は本研究の成果も論文にして，アメリカ物理学会誌に掲載された。

Hydrogen terminal ナノcrystallization シリコン (Si) に光を irradiation することによってhydrogen detachment phenomenon がおこることが知られている. On the one hand, the heavy water terminal ナノ crystal Si is exposed to light and the heavy water element is easily detached and is exposed. Chemical combination of エネルギーが Same as じであるhydrogen and heavy water element で, どうしてこのように大きなThe speed of hydrogen detachment is not the same as the existing one, and the current one is clear. This year's research focuses on the neutral non-elastomeric dispersion of the infrared vibration state of hydrogen terminal crystal Si The turbulence of the water is the change of the water element, the water element is the heavy water element, the water element is the special へのspecific な exchange reaction reaction が rise こることを発见した.この濜は, n-Si を, heavy water element を containing む solution に immersion すだけで, water element が heavy water element にに active に replacement されるというものである (concentration rate は 4 times). The neutral particle is scattered and the quantum mechanics is based on the calculation of the neutral particle, n-Si Surface water content, heavy water content, substitution rate, concentration rate, and quantitative evaluation are successful. The zero point of quantum mechanics is the zero point of quantum mechanics, the n-Si surface is exchanged with water, and the n-Si surface is combined with water. The results of the 3rd year of Reiwa are published in this thesis, and the Journal of the Amarika Physics Society is published in the journal.また, the surface of the シリコンナノ crystal is bound to 2 hydrogen atoms, and the stable quantum state is になることを発见した. The non-elastic scattering method of neutral particles uses いて, and the シリコン surface (Si:100 surface) combines the したhydrogen vibration The state is measured, and the two quantum states of water are directly proved to be successful.このquantum もつれstate のspeciality としては, 従来のquantum もつれstate と comparison すると, more than 10 times There is a large vibration and a stable quantum state at room temperature and a stable state.また,シリコンsemiconductor surface treatment technologyをutilizationすることによって,従来(10^2 bit)よりも远かに多い10^6 or more of the quantum ビットの form is possibleとなる. The paper on the results of this research in the third year of Reiwa was published in the Journal of the Amara Physics Society.

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

シリコンナノ結晶を用いた水素，重水素，3重水素置換反応

使用硅纳米晶体的氢、氘和三氘取代反应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
牟桐;松本貴裕;金光義彦
通讯作者：
金光義彦

シリコンナノ結晶表面を利用したエネルギー効率の高い重水素回収方法を発見しました！

我们发现了一种利用硅纳米晶体表面的高能效氘回收方法！

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

量子もつれ装置

量子纠缠装置

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Determination of localized surface phonons in nanocrystalline silicon by inelastic neutron scattering spectroscopy and its application to deuterium isotope enrichment

DOI：
10.1103/physrevmaterials.5.066003
发表时间：
2021-06
期刊：
Physical Review Materials
影响因子：
3.4
作者：
Takahiro Matsumoto;Ikumi Nomata;T. Ohhara;Y. Kanemitsu
通讯作者：
Takahiro Matsumoto;Ikumi Nomata;T. Ohhara;Y. Kanemitsu

Quantum Proton Entanglement in Nanocrystalline Silicon Surface

纳米晶硅表面的量子质子纠缠

DOI：
10.1103/physrevb.103.245401
发表时间：
2021
期刊：
Physical Review A
影响因子：
2.9
作者：
Takahiro Matsumoto;Hidehiko Sugimoto;Takashi Ohhara;Stephen M. Bennington;Makoto Tomita;and Susumu Ikeda
通讯作者：
and Susumu Ikeda