論文の概要: Environment-imposed selection rules for nuclear-spin conversion of H$_2$ in molecular crystals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.16155v1
• Date: Fri, 17 Oct 2025 18:59:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:38.872336
• Title: Environment-imposed selection rules for nuclear-spin conversion of H$_2$ in molecular crystals
• Title（参考訳）: 分子結晶中のH$_2$の核スピン変換のための環境影響選択規則
• Authors: Nathan Mclane, LeAnh Duckett, Leah G. Dodson,
• Abstract要約: 核スピン変換は、磁場や触媒表面を破るために必要な厳密な対称性の規則によって制御される。 非磁性分子結晶場の組成は、外部磁場なしでこれらの規則を課し緩和することができることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nuclear-spin conversion in molecular hydrogen is governed by strict symmetry rules that typically require magnetic fields or catalytic surfaces to break. Here we demonstrate that the intrinsic tensor composition of a non-magnetic molecular crystal field can impose and relax these rules without external fields. High-resolution infrared spectra of H$_2$ in crystalline CO$_2$ reveal large rank-2 (quadrupolar) crystal-field splittings of the $m$ sublevels, while nuclear-spin conversion occurs only through $\Delta m = 0$ channels. Replacing CO$_2$ with polar N$_2$O introduces rank-1 (dipole) components that partially open $\Delta m \neq 0$ pathways, while incorporation of paramagnetic NO$_2$ fully lifts the restriction. These results establish a direct correspondence between crystal-field tensor rank and nuclear-spin dynamics, introducing a general symmetry-based framework for designing and controlling spin-isomer populations and quantum-state connectivity in molecular solids.
• Abstract（参考訳）: 水素分子の核スピン変換は、磁場や触媒表面の破壊を必要とする厳密な対称性の規則によって制御される。 ここでは、非磁性分子結晶場の固有テンソル組成が、外部磁場なしでこれらの規則を課し緩和することができることを示す。 H$_2$ in crystal CO$_2$の高分解能赤外スペクトルは、$m$サブレベルの大きな階数2(四極性)結晶界分裂を示す一方、核スピン変換は$\Delta m = 0$チャネルでのみ起こる。 CO$_2$ を極性 N$_2$O で置き換えるとランク1(双極子)成分が部分的に$\Delta m \neq 0$ 経路を開き、常磁性 NO$_2$ を組み込むと制限が完全に解除される。 これらの結果は結晶場テンソルランクと核スピンダイナミクスの直接対応を確立し、スピン異性体集団を設計・制御するための一般的な対称性に基づく枠組みと分子固体における量子状態接続を導入している。

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