原子核スピンの新しい秩序―あり得ない領域で実現したスピン冷却―

　武田和行 理学研究科准教授と鈴木康平 同博士課程学生の研究チームは、固体核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance：NMR）において、原子核が持つ磁石（スピン）を断熱消磁冷却して局所的に揃える新たな方策を考案し、実験実証にも成功しました。このスピン冷却法は、高速試料回転下でも実行可能である点が最大の特徴です。高速回転は、原子核スピンの相互作用を消去して測定の分解能を上げることができる、化学分析としての固体NMRに欠かせない操作です。しかし、回転により消失する相互作用はスピン冷却に本質的な役割を果たします。このため、スピン冷却と高速試料回転による高分解能化学分析は両立できないと考えられてきました。本研究チームは視点を大胆に変え、二重回転でねじれ続ける座標系で断熱消磁が実行できれば、この制約を回避できることに気付き、振幅と位相に細かく変調を施したラジオ周波数磁場を原子核スピンに照射して、冷却状態を生成させることに成功しました。この成果は、原子核スピンが発現した新秩序を発見した物理学的な意義と、冷却による固体NMRの感度向上への期待という化学的な意義を持ちます。

　本研究成果は、2025年10月28日に、国際学術誌「Physical Review Letters」にオンライン掲載されました。