東北大学・探求型「科学者の卵養成講座」(グローバルサイエンスキャンパス協定事業))

東北大学・探求型「科学者の卵養成講座」(グローバルサイエンスキャンパス協定事業)

令和元年度 活動ブログ

令和元年度 活動ブログ養成講座の活動を記録しています

2020.01.09

着実に成長中(Ⅱ)

 こんにちは!青森県立八戸高等学校第一学年の二階堂有希乃です。ここ最近のブログは(Ⅱ)やらαやらが多く、一回の講義につき同じタイトルを使用することにしたたため、用途としては間違っていますが(Ⅱ)とつけさせていただきます。それっぽさを感じる(小並感)

 化学反応の場として、超高圧力場が挙げられていましたね!超高圧力場では大気圧下では機体のものでもすべて固体になってしまう、ということでした。普段我々の呼吸に使われる酸素も結晶になるのか!面白い!!酸素の結晶の想像がつかなかったため、調べてみたところこのようなものが出てきました。

図1. 多様な姿を見せる固体酸素のε相(引用元) 

 綺麗な色をしていますよね。圧力を変えるごとに色も変化しています。色が変化することへ「結晶構造が変化することで光の吸収が変化する。」という漠然とした仮説を立てながらサイトを読み進めて答え合わせをしました。

 「ただの酸素がなぜこのような多彩な姿を見せるのでしょうか。これには、低温や高圧での酸素の結晶構造が関係しています。酸素分子の電子状態が結晶構造の変化、つまり隣の分子との距離や配置の変化によって変わるためです。酸素の色を理解するために、まず、色はどのようにして見えているのかを考えてみましょう。例えば物質が赤く見えるのは、赤以外の色が吸収されて赤だけが透過し、それが私たちの眼に入るからです。

 この光の吸収や透過は、物質がどんな分子で構成され、それがどのような構造に組み立てられているかによります。ですから、酸素だけで構成されている物質でも、酸素分子間の結合距離が違うなど結晶構造に差があれば、分子の電子状態が変わり、吸収・透過する光の色に違いが出てきます。6つの写真(図1)は、すべて固体酸素です。温度は6つとも室温で、圧力が違います。圧力が異なるだけでこんなにも色が違って見えています。更に、同じ圧力である1枚1枚の写真の中でも複数の色が見えます。」(引用元:同)

 んー。方向性は悪くなかったでしょうか。確かに、複数の色が一枚の中にも見られます。大体同じような色ばかり出ていますね。暖色寄りになる構造なのでしょうか。考える材料の写真が少ないので、言いきれませんが...。

 


「化学反応の場を探る」とあり、最初は何のことを指しているのかいまいち分かりませんでした。しかし、講義を受けると確かに的を射た表現だな、と思いました。なんていうんでしょう。数学でいう数の拡張のように感じました。超高圧合成でいくつもの新規化合物群が生み出されていて場を新たに作ることがどれほど重要かより具体的にわかりました。新規化合物群のなかにCrSb₂(Ⅱ)ってあるんですよ。ちょっとテンション上がりますね。見たことあるものが出てくると、これもあれと同じような感じなのかな、と想像します。自分のメモで「結合の距離を変える」と書かれていますが、何を指したメモなのか...。余談ですが、たくさんのことを資料に記入しているのですが急いでいるとただ情報を羅列するだけで、後々読みづらいということが多いです。せっかくの講座のメモも読み取れないことがあります。しっかり記録しないと...!!


 さて、ようやく主役のマイクロ波に触れていきましょう!ここまでくるまで寄り道ばかりしていしまいました...。ブログ書いているほうは色々知ることが多くて楽しいです。皆さんにも楽しんで読んでいただけているといいなぁ。

特に気になったのは、マイクロ波によって時制や誘電損失、ジュール損失が起こることです。なぜでしょうか。それらしい予想もできないのですが、誘電損失であれば電子か何かが乱れるのでは...?と考えました。ポートフォリオは最終手段として、自力でできる範囲までやろうというのがモットーです。多分。というわけで、検索結果一番上にきたマイクロ波を主にまとめたもの投下しておきますね。http://dphysique.isc.chubu.ac.jp/PAR_MW_A03.pdf

これによると、「磁化消失は熱雑音を原因とする電子スピンの向きの乱れが原因である。」と磁性損失であろうことについて書かれています。私はあまりにも浅学なため、理解ができませんでした。/p>

 熱雑音:抵抗体内の自由電子の不規則な熱振動によって生じる雑音のこと

 電子スピンについて:電子はさらにスピン(spin)と呼ばれる 内部状態を有する。 スピンの生じる機構は、現在でも、完全には解明されていないが、 角運動量(angular momentum)を生じることから、恐らく、電子自身の 自転のようなものではないか、と推定されている。 有限の大きさの電荷が自転すると、ループ電流が流れ、磁気モーメントが 生じるが、それと同じように、電子も、スピンに対応した磁気モーメントを 持つ。 従って、磁界中に電子を置くと、スピンの方向により、電子は異なる エネルギーを持つ。 これを利用して、電子のスピン状態を測定することができる。 このようにして調べると、電子のスピンは、光の偏光と同様に、二次元の 基底状態で表すことのできることがわかる。(http://www.moge.org/okabe/temp/quantum/node25.html)

 

私のかみ砕いた理解としては、


マイクロ波を自制を持った物質が吸収 → 発熱 → 電子が動き出してぶつかり合う → スピンの向きが変わる → 電子はスピンに応じた磁気モーメントを持つため、向きが乱れれば磁気モーメントも乱れる → 磁性損失!


こんな感じであっているでしょうか。なぜ電子が磁気モーメントを持つのかは上のリンク先に書いてありますよー。「導電性や磁性をもつとマイクロ波をよく吸収」という点についてはよくわからなかったです。残念。


ここで一回この講義についてはきりますね。一回もろもろ書いてから戻ってこようとおもいます。お読みいただきありがとうございました。

投稿者:青森県立八戸高等学校

ブログトップへ戻る

高校別

宮城県宮城第一高等学校(15)

宮城県古川黎明高等学校(0)

宮城県仙台向山高等学校(0)

宮城県仙台第一高等学校(2)

宮城県仙台第二高等学校(4)

宮城県仙台第三高等学校(0)

宮城県仙台南高等学校(1)

宮城県仙台二華高等学校(18)

聖ウルスラ学院英智高等学校(0)

仙台市立仙台青陵中等教育学校(6)

仙台白百合学園高等学校(2)

東北高等学校(0)

青森県立三本木高等学校(1)

青森県立青森高等学校(13)

青森県立青森東高等学校(4)

青森県立八戸高等学校(17)

秋田県立秋田高等学校(0)

秋田県立秋田南高等学校(17)

秋田県立能代高等学校(9)

岩手県立一関第一高等学校(2)

岩手県立遠野高等学校(0)

岩手県立花巻北高等学校(5)

岩手県立釜石高等学校(9)

岩手県立黒沢尻北高等学校(2)

岩手県立水沢高等学校(7)

岩手県立盛岡第一高等学校(3)

岩手県立盛岡第三高等学校(0)

岩手県立大船渡高等学校(6)

岩手県立福岡高等学校(0)

盛岡中央高等学校(0)

山形県立山形東高等学校(1)

山形県立酒田東高等学校(2)

山形県立米沢興譲館高等学校(1)

私立福島高校(2)

福島県立安積高等学校(0)

福島県立安積黎明高等学校(0)

福島県立須賀川桐陽高等学校(0)

福島県立相馬高等学校(0)

福島県立磐城高等学校(0)

福島県立福島高等学校(6)

作新学院高等学校(0)

群馬県立高崎女子高等学校(9)

群馬県立中央中等教育学校(8)

埼玉県立熊谷西高等学校(0)

筑波大学附属駒場高等学校(0)

東京都立大泉高等学校(3)

東京都立科学技術高等学校(0)

立教女学院高等学校(0)

PAGE TOP