マイクロカンチレバーを用いた動的核偏極核磁気共鳴の機械検出

使用微悬臂梁进行动态核极化核磁共振的机械检测

基本信息

批准号：
15H06402
负责人：
高橋英幸
金额：
$ 0.92万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-08-28 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H06402/
关键词：
核磁気共鳴マイクロカンチレバー動的核偏極

项目摘要

核磁気共鳴（NMR）は、多くの分野で利用されている手法であるが、十分な感度を得るためには数mgから数十mg程度の試料を必要とする。本研究ではNMRの信号強度を飛躍的に増強させるために、電子スピンの偏極度（核スピンの約1000倍）を核スピンに移行する動的核偏極（DNP）と、マイクロカンチレバーを用いた機械的検出法を組み合わせることを目指した。27年度はNMR測定システムを構築した。まずは、現有の4テスラ超伝導マグネットに挿入して用いる低温測定プローブを設計・製作した。試料スペース部分は、RF波照射用のマイクロコイル、マイクロカンチレバー、勾配磁石、変位検出用のファブリー・ペロー干渉計を設置した。力検出NMRでは、共鳴周波数付近でRF波を掃引することで、核スピンの向きをカンチレバーの振動の周期に合わせて断熱的に変化させ、これによる縦磁化成分の変化を検出する（rapid passage法）。そこで、RF回路の周波数変調制御用にPXIコントローラシステムを導入した。このシステムを用いて、passage法を用いたNMR測定を開始した。試料としては核スピンの緩和時間が比較的長い硝酸アンモニウムやフッ化カルシウム等を用いたが、現段階では観測に至っていない。その原因としては、カンチレバーの共振周波数が高く、スピンの向きの断熱的な変化が起こっていないと考えられる。マイクロカンチレバーをより低いばね定数を持つものに変更することによってこの問題は解決される。加えて、動的核偏極を起こすために、ミリ波回路の改良も進めた結果、従来の機械的ESR検出の最高周波数であった370 GHzを三倍更新する、1.1THzまでのESR観測に成功した。これは、機械検出ESRの高スペクトル分解能化、適用物質の拡大に貢献する成果である。

核磁共振（NMR）是一种用于许多领域的技术，但是要获得足够的灵敏度，需要将几毫克至几十毫克的样品样本。在这项研究中，我们的目的是将动态核极化（DNP）结合在一起，该动态核极化（DNP）将电子旋转的极化（约1000倍核自旋）转移到核自旋中，使用微型磁管进行机械检测，以显着增加NMR的信号强度。 2015年，我们建立了一个NMR测量系统。首先，我们设计和制造了一个低温测量探头，该探针被插入当前4特斯拉超导磁铁中。样品空间部分配备了用于RF波照射的微型机油，微型磁场，梯度磁体和Fabry-Perot干涉仪以进行位移检测。在力检测NMR中，通过将RF波扫在谐振频率附近，核自旋的方向根据悬臂的振动周期而绝热地改变，并且检测到纵向磁化分量的变化（快速通道方法）。因此，引入了PXI控制器系统，以调制RF电路的频率调制控制。使用此系统，开始使用通道方法的NMR测量。硝酸铵，氟化钙等用作样品，核自旋的松弛时间相对较长，但在此阶段未达到观察结果。这被认为是原因的原因，因为悬臂的共振频率很高，并且旋转方向没有绝热的变化。通过将微型管理器更改为弹簧常数较低的一个方法来解决此问题。此外，我们还改进了毫米波电路以产生动态核极化，结果，我们成功地观察到ESR高达1.1THz，是常规机械ESR检测的最高频率的三倍。这是有助于机器检测ESR的高光谱分辨率和适用材料的扩展。

项目成果

期刊论文数量（1）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ピエゾ抵抗型マイクロカンチレバーを用いた力検出高周波ESR測定法の開発

利用压阻微悬臂梁力检测高频ESR测量方法的开发

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
岡本翔;高橋英幸;大道英二;太田仁
通讯作者：
太田仁

Mechanical detection of electron spin resonance beyond 1 THz

超过 1 THz 的电子自旋共振的机械检测

DOI：
10.1063/1.4935204
发表时间：
2015
期刊：
Appl. Phys. Lett.
影响因子：
0
作者：
H. Takahashi;E. Ohmichi;H. Ohta
通讯作者：
H. Ohta

マイクロカンチレバーを用いたテラヘルツESR測定

使用微悬臂梁进行太赫兹 ESR 测量

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
高橋英幸;大道英二;太田仁
通讯作者：
太田仁

マイクロカンチレバーを用いた高感度ESR測定法のテラヘルツ領域への拡張

使用微悬臂梁将高灵敏度ESR测量方法扩展到太赫兹区域

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
高橋英幸;大道英二;太田仁
通讯作者：
太田仁

Cantilever detection of electron spin resonance in the terahertz region

太赫兹区域电子自旋共振的悬臂梁探测

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Takahashi;E. Ohmichi and H. Ohta
通讯作者：
E. Ohmichi and H. Ohta

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通讯作者：
本間俊行