スピンで表面反応を制御 ――水素の電子スピンの向きで表面吸着・反応確率が変化することを発見――

2026-09-03 東京大学,日本原子力研究開発機構,京都工芸繊維大学,大阪大学

水素原子の電子スピンの向きが、金属表面での吸着や化学反応を大きく左右することを、東京大学、日本原子力研究開発機構、京都工芸繊維大学、大阪大学の研究グループが実験的に示した。スピン偏極水素原子ビームを用いてニッケル(Ni(111))表面への水素吸着を調べた結果、水素スピンがニッケルの磁化と平行な場合は効率よく吸着する一方、垂直な場合には大幅に抑制され、吸着確率の比は7倍以上に達した。さらに、水素原子が吸着水素を引き抜いて水素分子を生成する反応でも同様のスピン依存性を確認した。従来重視されてきた並進・振動・回転運動に加え、電子スピンも表面反応を決める重要な自由度であることを示す成果である。今後、外部磁場によるスピン制御を利用し、触媒反応の速度や選択性を制御する「スピン化学」への発展が期待される。

スピンで表面反応を制御 ――水素の電子スピンの向きで表面吸着・反応確率が変化することを発見――
ニッケル表面におけるスピンの向きに依存した水素吸着

<関連情報>

電子スピンによる水素原子の表面反応の制御 Controlling surface reactions of hydrogen atoms by the electron spin

Hirokazu Ueta,Hiroki Nakatsu,Yusei Ohashi,Fuka Watanabe,Zhen-Dong Sun,Takahiro Ozawa,Yoshio Miura,Wilson Agerico Diño & Katsuyuki Fukutani
Nature Communications  Published:03 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-77076-0

Abstract

Gas molecules possess various internal degrees of freedom. Whereas recent advances in surface dynamics have clarified the roles of translational, vibrational and rotational motion in gas-surface reactions, the effect of its electron spin on surface reactions remains poorly understood. Here, we demonstrate the spin dependence of H adsorption and abstraction reactions on a Ni surface using a spin-polarized atomic-hydrogen beam. The results indicate that H adsorption is suppressed when the H electron spin is oriented perpendicular to the magnetization direction of the Ni(111) surface. Furthermore, the same spin preference is observed for the H abstraction reaction on a D-covered surface. These findings suggest that controlling the spin orientation of molecules and surfaces by applying an external magnetic field provides a viable means to modulate surface reaction rates.

0500化学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました