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電子スピン共鳴測定装置、半導体装置、及び電子スピン共鳴の測定方法 新技術説明会

国内特許コード P140011122
整理番号 2013-063
掲載日 2014年11月19日
出願番号 特願2014-167768
公開番号 特開2016-045016
出願日 平成26年8月20日(2014.8.20)
公開日 平成28年4月4日(2016.4.4)
発明者
  • 北川 章夫
  • 河合 一樹
  • 林 雅隆
出願人
  • 国立大学法人金沢大学
発明の名称 電子スピン共鳴測定装置、半導体装置、及び電子スピン共鳴の測定方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】測定装置の構造を単純化し、より簡単に電子スピン共鳴を測定することのできる電子スピン共鳴測定装置を提供する。
【解決手段】電子スピン共鳴測定装置100は、磁場印加部3と、インダクタ部11と、発振回路形成部13と、発振周波数計数部7と、スペクトル取得部と、を備える。磁場印加部3は、測定対象物Mに対して第1磁場を印加する。インダクタ部11は、測定対象物Mに対して交流磁場である第2磁場を印加する。発振回路形成部13は、インダクタ部11と接続されて発振回路を形成する。発振回路形成部13は、素子パラメータを変化することにより第2磁場の周波数を変化させる。発振周波数計数部7は、発振回路の発振周波数を計数する。スペクトル取得部は、発振周波数と素子パラメータとを関連づけて、発振周波数の素子パラメータについての関数として表現される電子スピン共鳴スペクトルを取得する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来、分子中や遷移金属に含まれる不対電子(互いに逆向きのスピンを有する2つの電子が対になっていない状態の電子)を測定するために、電子スピン共鳴を測定することが知られている。不対電子の存在は、例えば、分子の反応性及び遷移金属などの磁性特性に影響を及ぼす。



電子スピン共鳴とは、分子中や磁性体材料などに所定の周波数(エネルギー)を有する磁界を印加した際に、分子中や磁性体材料に含まれる不対電子がより高いエネルギー準位に励起される現象である。電子スピン共鳴の発生時に測定対象に印加した磁界の測定対象による吸収量及び/又は上記の所定の周波数などを測定することにより、測定対象の分子や磁性体材料などの種類や、測定対象の分子や磁性体材料などに含まれる不対電子量を測定できる。



例えば、非特許文献1には、LC発振器と周波数分離器とを1チップの半導体装置上に形成した電子スピン共鳴検出器が開示されている。非特許文献1の電子スピン共鳴検出器においては、室温(ただし、冷却が必要)において10スピン/(GHz)1/2の感度にて電子スピン(すなわち、不対電子量)を検出している。



また、特許文献1には、サンプルに磁場を印加する磁石と、サンプルと一定関係の位置に配置されたインダクタと、インダクタに交流電流を供給する交流電圧源およびオペアンプと、その交流電流の周波数を変化させる周波数調整部と、変化された周波数ごとにインダクタのインダクタンスを計測するインダクタンス計測部と、を備えた磁気共鳴測定装置が開示されている。
特許文献1の磁気共鳴測定装置は、計測されたインダクタンスの虚部が特徴的な変化傾向を示す周波数に基づいて、サンプルの物性値を特定している。

産業上の利用分野


本発明は、電子スピン共鳴測定装置、電子スピン共鳴を測定するための半導体装置、及び、電子スピン共鳴の測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
測定対象物に対して第1方向に第1磁場を印加する磁場印加部と、
前記測定対象物に対して第2方向に交流磁場である第2磁場を印加するインダクタ部と、
前記インダクタ部と接続されて発振回路を形成し、素子パラメータを変化することにより前記第2磁場の周波数を変化させる発振回路形成部と、
前記第2磁場の周波数に対応する前記発振回路の発振周波数を計数する発振周波数計数部と、
前記発振周波数と前記素子パラメータとを関連づけて、前記発振周波数の前記素子パラメータについての関数として表現される前記測定対象物の電子スピン共鳴スペクトルを取得するスペクトル取得部と、
を備える電子スピン共鳴測定装置。

【請求項2】
前記発振回路形成部は容量可変キャパシタを含み、前記素子パラメータは前記容量可変キャパシタのキャパシタンスである、請求項1に記載の電子スピン共鳴測定装置。

【請求項3】
前記発振回路形成部は可変抵抗を含み、前記素子パラメータは前記可変抵抗の抵抗値である、請求項1又は2に記載の電子スピン共鳴測定装置。

【請求項4】
前記インダクタ部と前記発振回路形成部とにより形成される前記発振回路は電圧制御発振器であり、前記素子パラメータは電圧である、請求項1~3のいずれかに記載の電子スピン共鳴測定装置。

【請求項5】
前記第1磁場は所定の強度を有する直流磁場である、請求項1~4のいずれかに記載の電子スピン共鳴測定装置。

【請求項6】
前記インダクタ部と前記発振回路形成部とは、同一の半導体装置上に形成されている、請求項1~5のいずれかに記載の電子スピン共鳴測定装置。

【請求項7】
測定対象物に対して第1方向に第1磁場を印加し第2方向に交流磁場である第2磁場を印加することにより、前記測定対象物において発生する電子スピン共鳴のスペクトルである電子スピン共鳴スペクトルを測定する電子スピン共鳴測定装置に用いられる半導体装置であって、
前記第2磁場を発生するインダクタ部と、
前記インダクタ部と接続されて発振回路を形成し、素子パラメータを変化することにより前記第2磁場の周波数を変化させる発振回路形成部と、を備え、
前記電子スピン共鳴スペクトルは、前記第2磁場の周波数に対応する前記発振回路の発振周波数の前記素子パラメータについての関数として表現される、半導体装置。

【請求項8】
前記発振回路形成部は、キャパシタンスが印加する電圧により調整可能なバラクタを含む、請求項7に記載の半導体装置。

【請求項9】
交流磁場である第2磁場を発生するインダクタ部と、前記インダクタ部と接続されて発振回路を形成し素子パラメータを変化することにより前記第2磁場の周波数を変化させる発振回路形成部と、を備える電子スピン共鳴測定装置における電子スピン共鳴の測定方法であって、
測定対象物に対して第1方向に第1磁場を印加するステップと、
前記素子パラメータを所定の範囲にて変化させながら前記第2磁場を前記測定対象物に対して第2方向に印加するステップと、
前記素子パラメータの各値における前記発振回路の発振周波数を計数するステップと、
前記発振周波数と前記素子パラメータとを関連づけて、前記発振周波数の前記素子パラメータについての関数として表現される前記測定対象物の電子スピン共鳴スペクトルを取得するステップと、
を含む電子スピン共鳴の測定方法。

【請求項10】
前記第2磁場が前記測定対象物に印加されていないときの前記発振周波数と前記素子パラメータとの関係を表現するバックグラウンド関数を取得するステップをさらに含む、請求項9に記載の電子スピン共鳴の測定方法。

【請求項11】
前記電子スピン共鳴スペクトルと前記バックグラウンド関数との交点を算出して前記測定対象物の電子スピン共鳴角周波数を算出するステップをさらに含む請求項10に記載の電子スピン共鳴の測定方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2014167768thum.jpg
出願権利状態 公開
(有)金沢大学ティ・エル・オーは、金沢大学の研究者の出願特許を産業界へ技術移転することを主目的として、金沢大学の教官の出資により設立された技術移転機関です。
ご興味のある方は、下記「問合せ先」へ整理番号と共にご連絡願います。
なお、既に活用のお申し込み・お打合わせ等の段階に入っている場合もございますので、予めご承知おきください。


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