室温固体材料で世界最高水準の核スピン偏極率61%を達成~次世代量子技術への応用に期待~

2026-01-16 理化学研究所,埼玉大学,東京大学,東北大学

理化学研究所を中心とする共同研究グループは、室温(約20℃)かつ比較的弱い磁場条件下で、固体中の水素核スピン偏極率として世界最高水準となる61%を達成した。新たに有機結晶材料ジベンズ[a,h]アントラセンを用い、光励起三重項電子を利用するトリプレット動的核偏極(DNP)法を適用したことで、核スピン緩和時間を大幅に延長できた。従来は極低温が必要だった高偏極化を室温で実現した点が大きな成果であり、量子物性研究や次世代量子材料、放射線耐性を備えた偏極標的などへの応用が期待される。本成果は米国科学誌Chemical Physics Lettersに掲載された。

室温固体材料で世界最高水準の核スピン偏極率61%を達成~次世代量子技術への応用に期待~
トリプレットDNP法を用いた水素(1H)核スピン偏極率の向上

<関連情報>

三重項動的核分極による室温での60%以上の1H分極 1H polarization above 60 % at room temperature by triplet dynamic nuclear polarization

Kenichiro Tateish, Shuji Otsuka, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Tomohiro Uesaka
Chemical Physics Letters  Available online: 15 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cplett.2025.142606

Highlights

  • 1H polarization of 61 % was achieved by Dynamic Nuclear Polarization using photoexcited triplet electrons (Triplet-DNP) at room temperature and in 0.64 T.
  • A single crystal of dibenz[a,h]anthracene doped with 0.05 mol% pentacene-d14 has a long spin-lattice relaxation time (T1) exceeding 2 h at room temperature.
  • The potential applications of nuclear ordering and radiation-tolerant polarized target were discussed.

Abstract

We achieved 61 % 1H polarization at room temperature and in 0.64 T via Dynamic Nuclear Polarization using photoexcited triplet electrons (Triplet-DNP). Dibenz[a, h]anthracene was introduced as a new host for pentacene-d14, providing a long spin-lattice relaxation time (T1) exceeding 2 h. Single crystals doped with 0.05 mol% pentacene-d14 were grown by the Bridgman method and cut to ∼1 mg for experiments. The 1H polarization buildup and relaxation measurements indicated that paramagnetic relaxation dominates over spin-lattice relaxation. Finally, potential applications of room-temperature hyperpolarization, i.e., nuclear ordering and radiation-tolerant polarized targets, were discussed.

1701物理及び化学
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