偏極水素と偏極中性子を用いた電子スピンの空間分布決定法の開発

Spatial distribution of electron spins studied by polarized protons and polarized neutrons

熊田 高之   ; 能田 洋平; 橋本 竹治; 小泉 智

Kumada, Takayuki; Noda, Yohei; Hashimoto, Takeji; Koizumi, Satoshi

動的核スピン偏極(DNP)法は、低温・強磁場下で偏極した電子スピンから周囲の核スピンに、磁気共鳴技術を用いて偏極移動することで、電子スピン並みの高い核偏極状態を得る手法である。中性子の水素核に対する散乱能は、互いのスピンの向きに非常に強く依存する。われわれはDNP法により、電子スピン近傍の水素核のみを選択的に偏極すれば、試料中における電子スピンの空間分布を反映した、偏極中性子の散乱が得られると考えた。従来のDNP法では、水素の核偏極状態はスピン拡散機構により、電子スピン近傍にはとどまらず、試料全体に拡散してしまう。そこでわれわれは、Paul Scherrer Inst.が開発した時間分解型DNP-SANS法を用いることで、スピン拡散する前の、電子スピン近傍に局在した偏極水素からの散乱を得ることに成功した。本手法は電子スピンのメソスケールの空間分布を決定できる初めての手法である。今後、本手法を放射線による物質・生物影響の研究に役立てたいと考えている。

We have developed a technique to determine meso-scale spatial distribution of electron spins using polarized neutrons and polarized protons. The proton spins were polarized by dynamic nuclear polarization (DNP) method, which results from transferring spin polarization from electrons to nuclei, thereby aligning the nuclear spins to the extent that electron spins are aligned. We succeeded in determining the spatial distribution of TEMPO free radicals doped in high-density polyethylenes by vapor deposition. The TEMPO radicals were found to be preferentially localized in amorphous regions of the polyethylene sample.