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

• 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

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。

Nuclear magnetic resonance (NMR) is used to determine the sensitivity of samples in the range of several mg to tens of mg. In this study, the intensity of NMR signal increases rapidly, the electron polarization (about 1000 times), the nuclear polarization (DNP) of nuclear migration, and the mechanical detection method are used to combine the two. 27 years of NMR measurement system In addition, the existing 4 kinds of temperature measurement equipment are designed and manufactured. Sample selection, RF wave irradiation, matching magnet, position selection The frequency of the resonance cycle is close to the frequency of the RF wave. The frequency of the resonance cycle is close to the frequency of the RF wave. The frequency of the resonance cycle is close to the frequency of the RF wave. The frequency modulation of RF loop is introduced into PXI system. This method is based on NMR measurements. The test sample is prepared by comparing the relaxation time of the core with that of the current stage. The reason for this is that the resonance frequency is high, and the temperature is low. The problem is solved by changing the number of users. The results of the improved ESR loop with the addition of the active nuclear polarization signal are as follows: the highest frequency detected by the ESR of the incoming machine is 370 GHz, the ESR is tripled, and the ESR measurement is successful at 1.1 THz. This is the result of mechanical detection of ESR and high decomposition energy, and the contribution of applicable substances.

项目成果

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

• 发表时间: 2016
• 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.
• 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

• 发表时间: 2015
• 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

• 发表时间: 2015
• 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

• 发表时间: 2016
• 作者: H. Takahashi;E. Ohmichi and H. Ohta
• 通讯作者: E. Ohmichi and H. Ohta