日髙　宏 (ヒダカ　ヒロシ)

低温科学研究所　雪氷新領域部門助教
Last Updated :2026/02/04

■研究者基本情報

学位

  • 博士（理学）, 東京都立大学
  • 修士（理学）, 東京都立大学

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J-Global ID

研究キーワード

  • 星間塵
  • 低温表面反応
  • REMPI
  • 水素分子
  • 反応熱
  • 星間化学
  • 惑星間空間
  • 重水素濃集
  • 低温
  • 原子反応
  • 地球外物質化学
  • 氷表面反応
  • 表面
  • アモルファス氷
  • トンネル反応
  • 極低温表面反応
  • 同位体分別
  • 星間分子

研究分野

  • 自然科学一般, 宇宙惑星科学
  • 自然科学一般, 固体地球科学

担当教育組織

■経歴

経歴

  • 2012年
    北海道大学 低温科学研究所, Institute of Low Temperature Science, 助教

学歴

  • 2003年, 東京都立大学, 理学研究科, 物理学専攻, 日本国
  • 2003年, 東京都立大学, Graduate School, Division of Natural Science
  • 2000年, 東京都立大学, 理学研究科, 日本国
  • 2000年, 東京都立大学, Graduate School, Division of Natural Science
  • 1998年, 法政大学, 工学部, 機械工学科, 日本国
  • 1998年, 法政大学, Faculty of Engineering

委員歴

  • 2012年 - 現在
    原子衝突学会, 運営委員, 学協会
  • 2009年 - 現在
    日本惑星科学会, 総務委員, 学協会

■研究活動情報

論文

  • Hydrogenation of HOCO and formation of interstellar CO2: A not so straightforward relation
    Germán Molpeceres, Joan Enrique-Romero, Atsuki Ishibashi, Yasuhiro Oba, Hiroshi Hidaka, Thanja Lamberts, Yuri Aikawa, Naoki Watanabe
    Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Oxford University Press (OUP), 2025年03月05日
    研究論文（学術雑誌）, Abstract

    Carbon dioxide (CO2) is one of the most important interstellar molecules. While it is considered that it forms on the surface of interstellar dust grains, the exact contribution of different chemical mechanisms is still poorly constrained. Traditionally it is deemed that the CO + OH reaction occurring on top of ices is the main reaction path for its formation. Recent investigations showed that in reality the reaction presents a more complex mechanism, requiring an additional H-abstraction step. Building on our previous works, we carried out a detailed investigation of such H abstraction reactions with the hydrogen atom as a reactant for the abstraction reaction. We found an unconventional chemistry for this reaction, markedly depending on the isomeric form of the HOCO radical prior to reaction. The favored reactions are t-HOCO + H $\longrightarrow$ CO + H2O, c-HOCO + H $\longrightarrow$ CO2 + H2 and t/c-HOCO + H $\longrightarrow$ c/t-HCOOH. We estimate bounds for the rate constants of the less favored reaction channels, t-HOCO + H $\longrightarrow$ CO2 + H and c-HOCO + H $\longrightarrow$ CO + H2O, to be approximately 104 − 6 s−1. However, these estimates should be interpreted cautiously due to the significant role of quantum tunneling in these reactions and the complex electronic structure of the involved molecules, which complicates their study. Our findings underscore the need for detailed investigation into the chemistry of interstellar CO2 and pave the way for a reevaluation of its primary formation mechanisms in the interstellar medium.
  • Determination of the Branching Ratio of CH3OH + OH Reaction on Water Ice Surface at 10 K
    Atsuki Ishibashi, Hiroshi Hidaka, W. M. C. Sameera, Yasuhiro Oba, Naoki Watanabe
    The Astrophysical Journal, 2024年01月01日, ［査読有り］
    研究論文（学術雑誌）
  • Methanol Formation through Reaction of Low-energy CH3 + Ions with an Amorphous Solid Water Surface at Low Temperature
    Y. Nakai, W. M. C. Sameera, K. Furuya, H. Hidaka, A. Ishibashi, N. Watanabe
    The Astrophysical Journal, 2023年08月01日
    研究論文（学術雑誌）
  • A systematic mechanistic survey on the reactions between OH radical and CH3OH on ice
    W. M. C. Sameera, Avon P. Jayaweera, Atsuki Ishibashi, Hiroshi Hidaka, Yasuhiro Oba, Naoki Watanabe
    Faraday Discussions, 245, 508, 518, Royal Society of Chemistry (RSC), 2023年
    研究論文（学術雑誌）, Our systematic computational study suggests that the nature of the binding site or the reaction site has a significant effect on the computed binding energies or reaction barriers.
  • Direct Determination of the Activation Energy for Diffusion of OH Radicals on Water Ice
    A. Miyazaki, M. Tsuge, H. Hidaka, Y. Nakai, N. Watanabe
    The Astrophysical Journal Letters, 940, 1, L2, L2, American Astronomical Society, 2022年11月14日, ［査読有り］
    研究論文（学術雑誌）, Abstract

    Using a combination of photostimulated desorption and resonance-enhanced multiphoton ionization methods, the behaviors of OH radicals on the surface of an interstellar ice analog were monitored at temperatures between 54 and 80 K. The OH number density on the surface of ultraviolet-irradiated compact amorphous solid water gradually decreased at temperatures above 60 K. Analyzing the temperature dependence of OH intensities with the Arrhenius equation, the decrease can be explained by the recombination of two OH radicals, which is rate-limited by thermal diffusion of OH. The activation energy for surface diffusion was experimentally determined for the first time to be 0.14 ± 0.01 eV, which is larger than or equivalent to those assumed in theoretical models. This value implies that the diffusive reaction of OH radicals starts to be activated at approximately 36 K on interstellar ice.
  • Modelling the Radical Chemistry on Ice Surfaces: An Integrated Quantum Chemical and Experimental Approach
    W. M. C. Sameera, Bethmini Senevirathne, Thanh Nguyen, Yasuhiro Oba, Atsuki Ishibashi, Masashi Tsuge, Hiroshi Hidaka, Naoki Watanabe
    Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 9, Frontiers Media SA, 2022年05月30日
    研究論文（学術雑誌）, Heterogeneous radical processes on ice surfaces play a vital role in the formation of building blocks of the biologically relevant molecules in space. Therefore, quantitative mechanistic details of the radical binding and radical reactions on ices are crucial in rationalizing the chemical evolution in the Universe. The radical chemistry on ice surfaces was explored at low temperatures by combining quantum chemical calculations and laboratory experiments. A range of binding energies was observed for OH, HCO, CH3, and CH3O radicals binding on ices. Computed reaction paths of the radical reactions on ices, OCS + H and PH3 + D, explained the experimentally observed products. In both radical reactions, quantum tunnelling plays a key role in achieving the reactions at low temperatures. Our findings give quantitative insights into radical chemistry on ice surfaces in interstellar space and the planetary atmospheres.
  • UV-Induced Formation of Ice XI Observed Using an Ultra-High Vacuum Cryogenic Transmission Electron Microscope and its Implications for Planetary Science
    Akira Kouchi, Yuki Kimura, Kensei Kitajima, Hiroyasu Katsuno, Hiroshi Hidaka, Yasuhiro Oba, Masashi Tsuge, Tomoya Yamazaki, Kazuyuki Fujita, Tetsuya Hama, Yukihiro Takahashi, Shunichi Nakatsubo, Naoki Watanabe
    Frontiers in Chemistry, 9, Frontiers Media SA, 2021年12月08日
    研究論文（学術雑誌）, The occurrence of hydrogen atom-ordered form of ice Ih, ice XI, in the outer Solar System has been discussed based on laboratory experiments because its ferroelectricity influences the physical processes in the outer Solar System. However, the formation of ice XI in that region is still unknown due to a lack of formation conditions at temperatures higher than 72 K and the effect of UV-rays on the phase transition from ice I to ice XI. As a result, we observed the UV-irradiation process on ice Ih and ice Ic using a newly developed ultra-high vacuum cryogenic transmission electron microscope. We found that ice Ih transformed to ice XI at temperatures between 75 and 140 K with a relatively small UV dose. Although ice Ic partially transformed to ice XI at 83 K, the rate of transformation was slower than for ice Ih. These findings point to the formation of ice XI at temperatures greater than 72 K via UV irradiation of ice I crystals in the Solar System; icy grains and the surfaces of icy satellites in the Jovian and Saturnian regions.
  • Efficient Formation Pathway of Methyl Formate: The Role of OH Radicals on Ice Dust
    A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    The Astrophysical Journal Letters, 2021年11月01日, ［査読有り］
    研究論文（学術雑誌）
  • Transmission Electron Microscopy Study of the Morphology of Ices Composed of H2O, CO2, and CO on Refractory Grains
    Akira Kouchi, Masashi Tsuge, Tetsuya Hama, Yasuhiro Oba, Satoshi Okuzumi, Sin-iti Sirono, Munetake Momose, Naoki Nakatani, Kenji Furuya, Takashi Shimonishi, Tomoya Yamazaki, Hiroshi Hidaka, Yuki Kimura, Ken-ichiro Murata, Kazuyuki Fujita, Shunichi Nakatsubo, Shogo Tachibana, Naoki Watanabe
    The Astrophysical Journal, 918, 2, 45, 45, American Astronomical Society, 2021年09月01日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • CH3O Radical Binding on Hexagonal Water Ice and Amorphous Solid Water
    W. M. C. Sameera, Bethmini Senevirathne, Stefan Andersson, Muhsen Al-lbadi, Hiroshi Hidaka, Akira Kouchi, Gunnar Nyman, Naoki Watanabe
    The Journal of Physical Chemistry A, 125, 1, 387, 393, American Chemical Society (ACS), 2021年01月14日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Delivery of Electrons by Proton-Hole Transfer in Ice at 10 K: Role of Surface OH Radicals
    Kensei Kitajima, Yoichi Nakai, W. M. C. Sameera, Masashi Tsuge, Ayane Miyazaki, Hiroshi Hidaka, Akira Kouchi, Naoki Watanabe
    The Journal of Physical Chemistry Letters, 12, 1, 704, 710, American Chemical Society (ACS), 2021年01月14日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Photostimulated desorption of OH radicals from amorphous solid water: Evidence for the interaction of visible light with an OH-ice complex
    A. Miyazaki, N. Watanabe, W. M. C. Sameera, Y. Nakai, M. Tsuge, T. Hama, H. Hidaka, A. Kouchi
    Physical Review A, 102, 5, American Physical Society (APS), 2020年11月20日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Diffusive Hydrogenation Reactions of CO Embedded in Amorphous Solid Water at Elevated Temperatures ∼70 K
    Masashi Tsuge, Hiroshi Hidaka, Akira Kouchi, Naoki Watanabe
    The Astrophysical Journal, 900, 2, 187, 187, American Astronomical Society, 2020年09月15日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 低温低圧環境下における触媒反応による有機分子の生成実験
    木村勇気, 佐藤理佳子, ��山明, 為則雄祐, 羽馬哲也, 日髙宏, 渡部直樹, 香内晃, 永原裕子
    低温科学, 78, 79, 90, 2020年03月, ［査読有り］
  • Ultraviolet-photon exposure stimulates negative current conductivity in amorphous ice below 50 K　　　　　　　　　　　　　　　
    N. Watanabe, W. M. C. Sameera, H. Hidaka, A. Miyazaki, A. Kouchi
    Chemical Physics Letters, 737, 136820, 2019年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 超高真空極低温透過型電子顕微鏡の開発─氷のその場観察をめざして─　　　　　　　　　　　　　　　
    香内晃, 日高宏, 羽馬哲也, 木村勇気, 渡部直樹, 中坪俊一, 藤田和之, 新堀邦夫, 池田正幸
    日本雪氷学会誌 雪氷, in press, 2018年, ［査読有り］
    研究論文（学術雑誌）
  • Liquid-like behavior of UV-irradiated interstellar ice analog at low temperatures.
    Shogo Tachibana, Akira Kouchi, Tetsuya Hama, Yasuhiro Oba, Laurette Piani, Iyo Sugawara, Yukiko Endo, Hiroshi Hidaka, Yuki Kimura, Ken-Ichiro Murata, Hisayoshi Yurimoto, Naoki Watanabe
    Science advances, 3, 9, eaao2538, 2017年09月, ［査読有り］, ［国際誌］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, Interstellar ice is believed to be a cradle of complex organic compounds, commonly found within icy comets and interstellar clouds, in association with ultraviolet (UV) irradiation and subsequent warming. We found that UV-irradiated amorphous ices composed of H2O, CH3OH, and NH3 and of pure H2O behave like liquids over the temperature ranges of 65 to 150 kelvin and 50 to 140 kelvin, respectively. This low-viscosity liquid-like ice may enhance the formation of organic compounds including prebiotic molecules and the accretion of icy dust to form icy planetesimals under certain interstellar conditions.
  • Simulations and spectra of water in CO matrices
    Rafael Escribano, Emilio Artacho, Akira Kouchi, Tetusya Hama, Yuki Kimura, Hiroshi Hidaka, Naoki Watanabe
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, 19, 10, 7280, 7287, 2017年03月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Hydrogenation and Deuteration of C2H2 and C2H4 on Cold Grains: A Clue to the Formation Mechanism of C2H6 with Astronomical Interest
    Hitomi Kobayashi, Hiroshi Hidaka, Thanja Lamberts, Tetsuya Hama, Hideyo Kawakita, Johannes Kaestner, Naoki Watanabe
    ASTROPHYSICAL JOURNAL, 837, 2, 155, 169, 2017年03月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Matrix sublimation method for the formation of high-density amorphous ice
    A. Kouchi, T. Hama, Y. Kimura, H. Hidaka, R. Escribano, N. Watanabe
    CHEMICAL PHYSICS LETTERS, 658, 287, 292, 2016年08月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Stepwise formation of H3O+(H2O)(n) in an ion drift tube: Empirical effective temperature of association/dissociation reaction equilibrium in an electric field
    Yoichi Nakai, Hiroshi Hidaka, Naoki Watanabe, Takao M. Kojima
    JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, 144, 22, 224306, 2016年06月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 21pBG-3 イオン移動管電場中で生成されたH_3O(H_2O)_n^+クラスターイオンの平衡観測
    中井 陽一, 日高 宏, 渡部 直樹, 小島 隆夫
    日本物理学会講演概要集, 70, 632, 632, 一般社団法人日本物理学会, 2015年
    日本語
  • Formation of deuterated formaldehyde on low temperature surfaces: isotope effect of quantum tunneling reactions
    H. Hidaka, M. Watanabe, A. Kouchi, N. Watanabe
    FIRST INTERNATIONAL CONFERENCE ON CHEMICAL EVOLUTION OF STAR FORMING REGION AND ORIGIN OF LIFE (ASTROCHEM2012), 1543, 318, 325, 2013年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Water formation through a quantum tunneling surface reaction, OH + H 2, at 10K
    Y. Oba, N. Watanabe, T. Hama, K. Kuwahata, H. Hidaka, A. Kouchi
    Astrophysical Journal, 749, 1, 67, 78, Institute of Physics Publishing, 2012年04月10日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 星間分子雲での微粒子表面における水素の化学物理過程
    渡部直樹, 香内晃, 羽馬哲也, 日高宏, 大場康弘, 千貝健
    表面科学, 33, 12, 662, 668, 2012年
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • FTIR study of ammonia formation via the successive hydrogenation of N atoms trapped in a solid N2 matrix at low temperatures
    H. Hidaka, M. Watanabe, A. Kouchi, N, Watanabe
    Physical Chemistry Chemical Physics, 13, 35, 15798, 15802, 2011年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 低温の星間塵表面における窒素原子への水素原子付加反応によるアンモニア生成
    日高 宏, 香内 晃, 渡部 直樹
    日本地球化学会年会要旨集, 58, 292, 292, 日本地球化学会, 2011年
    分子雲でアンモニア分子が生成される過程として提案されている，低温星間塵表面における窒素原子への水素原子付加反応の検証を実験的手法により行った．実験は，超高真空槽内に設置した低温基板（10K）にNおよびH原子を照射し，赤外吸収分光により生成分子の観測を行った．その結果，10Kという低温表面でも上記表面反応によりアンモニアが生成されることが明らかになった．
  • Formation of H2O Ice through the Surface Reaction O2 + H at Low Temperatures: Reaction Kinetics and Structure of the Ice　　　　　　　　　　　　　　　
    Oba, Y, Miyauchi, N, Chigai, T, Hidaka, H, Watanabe, N, Kouchi, A
    Physics and Chemistry of Ice 2010, eds. Y. Furukawa, G. Sazaki, T. Uchida, N. Watanabe, Hokkaido University Press, Sapporo, ISBN: 978-4-8329-0361-6, 361, 368, 2011年
    英語
  • Sequential hydrogenation of molecular oxygen on cold surfaces: reaction kinetics and structure of formed H2O ice　　　　　　　　　　　　　　　
    Y.Oba, N.Miyauchi, H.Hidaka, T.Chigai, N.Watanabe, A.Kouchi
    Proceedings of the International Astronomical Union, 280, 2011年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Formation of amorphous H2O ice from the reactions of cold H atoms with solid O2 at 10 K
    A. Kouchi, N. Watanabe, H. Hidaka, N. Miyauchi, Y. Oba, T. Chigai
    Astron. Soc. Pacific Conf. Ser., 414, 338, 346, 2010年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Physicochemical processes of atomic hydrogen on amorphous solid water at very low temperatures
    Watanabe Naoki, Kouchi Akira, Hidaka Hiroshi, Kimura Yuki, Hama Tetsuya
    Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 239, 2010年, ［査読有り］
  • Hydrogen isotope exchange and H(D) atom addition reaction of solid formaldehyde on amorphous solid water at low temperatures
    Hiroshi Hidaka, Motohiro Watanabe, Akira Kouchi, Naoki Watanabe
    Journal of Physics: Conference Series, 194, 13, 132024, Institute of Physics Publishing, 2009年12月24日
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • REACTION ROUTES IN THE CO-H2CO-d(n)-CH3OH-d(m) SYSTEM CLARIFIED FROM H(D) EXPOSURE OF SOLID FORMALDEHYDE AT LOW TEMPERATURES
    H. Hidaka, M. Watanabe, A. Kouchi, N. Watanabe
    ASTROPHYSICAL JOURNAL, 702, 1, 291, 300, 2009年09月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • FORMATION OF COMPACT AMORPHOUS H2O ICE BY CODEPOSITION OF HYDROGEN ATOMS WITH OXYGEN MOLECULES ON GRAIN SURFACES
    Y. Oba, N. Miyauchi, H. Hidaka, T. Chigai, N. Watanabe, A. Kouchi
    ASTROPHYSICAL JOURNAL, 701, 1, 464, 470, 2009年08月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Hydrogen isotope exchange and H(D) atom addition reaction of solid formaldehyde on amorphous solid water at low temperatures　　　　　　　　　　　　　　　
    H. Hidaka, M. Watanabe, A. Kouchi, N. Watanabe
    Journal of physics: Conference series, 194, 132024, 2009年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 極低温表面反応CO+OHによるCO2分子生成
    大場 康弘, 渡部 直樹, 日高 宏, 香内 晃, ピロネロ バレリオ
    日本地球化学会年会要旨集, 56, 66, 66, 日本地球化学会, 2009年
    二酸化炭素は分子雲中星間塵アイスマントルの主要な構成成分であるが、気相反応によってその存在量を説明することができないため、その生成には塵表面での反応が重要だと考えられている。これまでの研究では、UVなどの外部エネルギーをH2OやCOなどを含む混合氷に照射してCO2生成が確認されてきたが、外部エネルギー無しにCO2が生成するかどうかは明らかにされていなかった。本講演では、100Kに冷却されたOHラジカルとCOの固体表面上での反応でCO2生成が確認されたので、その結果について報告する。
  • 極低温星間塵表面原子反応による水分子生成
    大場康弘, 宮内直弥, 千貝健, 日高宏, 渡部直樹, 香内 晃
    地球化学, 43, 4, 117, 131, 日本地球化学会, 2009年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）, Formation of water by reaction of oxygen molecules (O2) with hydrogen atoms (H) were investigated at low temperatures (10-40 K) in order to reveal the possible reaction pathways to yield water on grain surfaces in molecular clouds. Two types of experiments for surface reaction between O2 and H were performed: one of which was that solid O2 was deposited onto the surface, followed by H irradiations to the O2, another of which was that gaseous O2 was continuously codeposited with H onto the surface and was reacted with each other. H2O (D2O) and H2O2 (D2O2) were quickly produced through successive reactions of O2 with H (D). Reaction kinetics and isotope effect are discussed for the former experiment. For the latter experiment, the dependence of compositions of the products on the temperature and O2/H ratio, and also the structure of the H2O ice produced are examined.
  • Nonenergetic reactions between atomic hydrogen and molecules on interstellar grain surfaces
    N. Watanabe, A. Kouchi, H. Hidaka, Y. Oba, N. Miyauchi
    Journal of Physics: Conference Series, 194, 1, 012044, Institute of Physics Publishing, 2009年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • 1. Formation of interstellar ice by low temperature surface atomic reactions
    A. Kouchi, Y. Oba, N. Miyauchi, H. Hidaka, N. Watanabe
    Cryobiology, 59, 3, 370, Elsevier {BV}, 2009年, ［査読有り］
  • 332 極低温表面原子反応O2+Hによる水分子生成 : アモルファス氷の触媒効果(原始惑星系円盤II,オーラルセッション11)
    大場 康弘, 宮内 直弥, 千貝 健, 日高 宏, 渡部 直樹, 香内 晃
    日本惑星科学会秋期講演会予稿集, 2008, 0, 93, 93, 日本惑星科学会, 2008年11月
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Structural effects of ice grain surfaces on the hydrogenation of CO at low temperatures
    H. Hidaka, N. Miyauchi, A. Kouchi, N. Watanabe
    Chemical Physics Letters, 456, 1-3, 36, 40, 2008年04月21日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Formation of hydrogen peroxide and water from the reaction of cold hydrogen atoms with solid oxygen at 10 K
    N. Miyauchi, H. Hidaka, T. Chigai, A. Nagaoka, N. Watanabe, A. Kouchi
    CHEMICAL PHYSICS LETTERS, 456, 1-3, 27, 30, 2008年04月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 極低温表面原子反応による水分子生成
    大場 康弘, 宮内 直弥, 千貝 健, 日高 宏, 渡部 直樹, 香内 晃
    日本地球化学会年会要旨集, 55, 371, 371, 日本地球化学会, 2008年
    水分子は星間塵アイスマントル中で最も多く存在する分子であるが、その生成メカニズムはいまだはっきりしない。本研究では星間塵上表面原子反応による水分子生成反応の検証を行った。酸素分子を10Kに冷却された基板上に蒸着させ、そこに水素分子をプラズマ解離させて生成する水素原子を照射した。水素原子照射により酸素分子へ水素原子が付加され、過酸化水素、水の生成が確認された。これは酸素分子への水素原子逐次付加反応O2+H->HO2、HO2+H->H2O2、H2O2+H->H2O+OHが起こったことによる。
  • 分子雲で生じる低温表面反応：表面実験で探る分子進化　　　　　　　　　　　　　　　
    日高宏, 渡部直樹, 香内晃
    低温科学, 66, 13, 2008年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • アモルファス氷星間塵：宇宙における化学進化の舞台
    渡部直樹, 香内晃, 毛利織絵, 長岡明宏, 日高宏
    The Journaal of the Vacuum Society of Japan, 50, 4, 282, 290, 2007年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Temperature, composition, and hydrogen isotope effect in the hydrogenation of CO on amorphous ice surface at 10-20 K
    H. Hidaka, A. Kouchi, N. Watanabe
    Journal of Chemical Physics, 126, 20, 204707, 2007年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Dependence of the effective rate constants for the hydrogenation of CO on the temperature and composition of the surface
    N. Watanabe, A. Nagaoka, H. Hidaka, T. Shiraki, T. Chigai, A. Kouchi
    PLANETARY AND SPACE SCIENCE, 54, 11, 1107, 1114, 2006年09月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 星間塵表面での低温水素原子反応による分子進化　　　　　　　　　　　　　　　
    渡部直樹, 長岡明宏, 日高宏, 香内晃
    固体物理 特集号 ＜新しい水素の科学＞, 41, 1, 59, 68, 2006年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • 星間塵表面での低温水素原子反応による分子進化　　　　　　　　　　　　　　　
    渡部直樹, 長岡明宏, 日高宏, 香内晃
    固体物理11, 41, 755, 764, 2006年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Relative reaction rates of hydrogenation and deuteration of solid CO at very low temperatures
    Naoki Watanabe, Hiroshi Hidaka, Akira Kouchi
    AIP Conference Proceedings, 855, 122, 127, 2006年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Deuterium fractionation in the reactions of D + H2CO and H + D2CO at 15 K
    Hiroshi Hidaka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
    AIP Conference Proceedings, 855, 107, 112, 2006年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • 分子雲での重水素濃集：固体メタノールでのH-D置換
    長岡 明宏, 渡部 直樹, 日高 宏, 香内 晃
    日本鉱物学会年会講演要旨集, 2005, 136, 136, 日本鉱物科学会, 2005年
    最近，星間分子雲ではメタノール(CH3OH)にDが異常に濃集していることが電波観測からわかってきた． CH3OHとその重水素置換体(CH3OH-d)の存在比はCH3OH-d / CH3OH？0.4であり，D/Hの宇宙存在比 (？1×10-5)の1万倍も大きい．このD異常濃集過程としてこれまでは気相反応が考えられたが，観測値を満足に説明できない．そこで私たちは，極低温での塵表面反応が重水素濃集過程としても重要な役割を担っていると考え，極低温の CO薄膜へHおよびD原子を同時に照射する実験を行った． 実験の結果，分子雲での106年間に相当するHおよびD原子を照射した時，実験から得られたCH3OH-d / CH3OH比は観測値を良く再現した．さらに，CH3OH-dの生成過程は，COへのH原子逐次付加によってまずCH3OHが生成された後，D原子がCH3OHと反応し，メチル基のHがDに置換される反応(H-D置換反応: CH3OH→CH2DOH→CHD2OH→CD3OH) が支配的であることが初めてわかった．
  • 星間塵表面反応による星間分子の重水素濃集メカニズム　　　　　　　　　　　　　　　
    渡部直樹, 長岡明宏, 日高宏, 香内晃
    日本惑星科学会誌, 14, 175, 182, 2005年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Conversion of H2CO to CH3OH by reactions of cold atomic hydrogen on ice surfaces below 20 K
    H Hidaka, N Watanabe, T Shiraki, A Nagaoka, A Kouchi
    ASTROPHYSICAL JOURNAL, 614, 2, 1124, 1131, 2004年10月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 星間塵表面反応による有機分子生成および重水素濃集機構　　　　　　　　　　　　　　　
    渡部直樹, 香内晃, 白木隆裕, 長岡明宏, 日高宏
    日本惑星科学会誌, 13, 226, 232, 2004年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Influence of ice composition on the formation on interstellar formaldehyde and methanol on dust grains　　　　　　　　　　　　　　　
    A. Nagaoka, N. Watanabe, T. Shiraki, H. Hidaka, A. Kouchi
    Proceedings of the 37th isas luna and planetary symposium, 4, 91, 94, 2004年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Mobility of NO+ in helium gas at 77 and 4.3 K
    H Hidaka, S Jinno, H Tanuma, N Kobayashi
    JOURNAL OF PHYSICS B-ATOMIC MOLECULAR AND OPTICAL PHYSICS, 36, 8, 1515, 1524, 2003年04月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Molecular ion mobility in helium gas at very low temperature
    H. Hidaka, S. Matoba, S. Jinno, H. Tanuma, N. Kobayashi
    Atomic collision research in japan -Progress report-, 28, 28, 18, 19, 2002年, ［査読有り］
    英語
  • Swarm study of Kr2+ ions in helium gas at very low temperature
    H Tanuma, H Hidaka, N Kobayashi
    PHYSICS OF ELECTRONIC AND ATOMIC COLLISIONS, 500, 699, 703, 2000年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）

その他活動・業績

講演・口頭発表等

  • Reactive desorption of methanol from amorphous solid water at 10K　　　　　　　　　　　　　　　
    日髙 宏
    Cosmic dust 2019, 2019年08月14日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Tunneling chamical reactions on low-temperature interstellar grain surfaces　　　　　　　　　　　　　　　
    日髙 宏
    One-day symposium on E-ring based molecular science, 2013年02月07日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Formation of deuterated formaldehyde on low temperature surface: isotope effect of quantum tunneling reactions　　　　　　　　　　　　　　　
    日髙 宏
    ASTROCHEM2012, 2012年, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Formation routes of deuterated formaldehyde and methanol by tunneling reaction on amorphous solid water at 10-20K　　　　　　　　　　　　　　　
    日髙 宏
    COSPAR2012, 2012年, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • 低温氷表面での水素原子反応における氷構造の影響-アモルファスと結晶の比較-　　　　　　　　　　　　　　　
    日髙 宏
    水素量子アトミクス 第6回研究会, 2007年12月13日, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国内会議］

所属学協会

  • 日本惑星科学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 原子衝突研究協会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 日本物理学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • The Japanese Society for Planetary Sciences　　　　　　　　　　　　　　　
  • The Societry for Atomic Collision Research　　　　　　　　　　　　　　　
  • The Physical Society of Japan　　　　　　　　　　　　　　　

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 単分子表面分光手法を用いた塵表面における反応素過程の分子レベル解明
    科学研究費助成事業
    2020年11月19日 - 2025年03月31日
    今田 裕, 杉本 宜昭, 清水 智子, 金 有洙, 数間 恵弥子, 日高 宏, 香内 晃
    本研究では3つの研究項目（1. 塵モデル表面の作製・評価、2. 氷形成過程と構造の分子・原子レベル解明、3. 表面反応素過程の単一分子レベル解明）に分けられる。項目1では、塵表面のモデルシステムとなるケイ酸塩薄膜はパルスレーザー堆積法（PLD）装置の立上げを最初に行った。次に、チタン酸ストロンチウム(STO)基板にルテニウム酸ストロンチウム薄膜を堆積し、その構造をX線回折、原子間力顕微鏡および走査型トンネル顕微鏡を用いて評価した。PLDにおける各種パラメータに加え、STO基板の洗浄方法を最適化することでSRO薄膜の欠陥を減らせることが明らかとなった。項目2では、アモルファス氷(a-H2O)上のCO、CO2の表面拡散の活性化エネルギー(Esd)を測定した。COの場合は、porousなa-H2O上の方がcompact なa-H2O上よりもEsdが大きいことも分かった。a-H2O上に生成されるCO結晶が、a-H2Oを一様に覆うのではなく、１個のCO単結晶がa-H2Oに付着するような形態で成長することを見出した。さらに、結晶氷表面を微視的に理解することは、氷表面上の様々な化学反応を理解する重要なステップであることから、様々な基板を用いて結晶氷を作製して原子間力顕微鏡によって、その構造を原子レベルで解析した。Pt(111)およびRh(111)基板上に作成した氷は、膜厚によって積層の仕方が異なるが、表面構造は膜厚に依らず同じであった。理想表面は得られず、短距離的秩序を持つ構造が共通に得られ、定説を覆す結果となった。項目3では、星間分子の単分子反応としてAOCSを対象とし、塵モデル表面の対照実験として、Ag表面の上の吸着状態を走査トンネル顕微鏡(STM)により調べた。Ag表面上でOCSは島状構造を形成する一方、孤立分子は観察されず、紫外光または電子によってOCSが反応した様子を確認した。
    日本学術振興会, 学術変革領域研究(A), 国立研究開発法人理化学研究所, 20H05849
  • 高感度・非破壊・表面吸着分子分析装置の開発で開拓するラジカル反応研究
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(開拓)
    2021年07月 - 2024年03月
    日高 宏
    本研究課題は，分子雲から原始惑星系円盤に至る天体の進化にともなって生じる，様々な有機分子の生成過程を解明するため，氷星間塵表面で生じるラジカル分子が関与する化学反応の実験研究を可能にする，高感度非破壊表面吸着分子分析装置の開発を行うことである．本分析技術の確立は，固体表面に吸着した微量分子が関与する様々な科学課題に対しても，実験による新たな研究可能領域の開拓に寄与するものである．
    本装置の開発はCsイオンピックアップ法を基に，①反跳イオンの捕集効率の向上，②捕集イオンの質量分析後の異性体分離機構を導入するという方針で行う．初年度となる本年度は，まず，反跳イオンを捕集するレンズシステムの改良および，イオンが反跳する基板に対する，捕集レンズシステムの設置確度を調整できる真空槽の設計・製作を行った．これにより，現在使用している試作捕集レンズおよび設置角度が固定されている真空槽というセットアップと比較して，微量な反跳イオンをより少ない損失で質量分析エリアに導入することが可能になる．
    さらに，異性体分離をするために導入予定であった，イオンファネルと移動管質量分析器の組み合わせによる分析システムの有効性の検討を行った．その結果，有限なリソースの中で幅広い種類の異性体の分離を行うには移動管法は適していない可能性があることが分かった．よって，異性体分離法の代替案として，イオントラップとレーザーを用いた冷イオン振動前期解離分光法を採用することとし，最適なイオントラップ形状決定のため，線径トラップ型イオントラップのイオン軌道シミュレーションを開始した．
    日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 北海道大学, 21K18153
  • 星間塵表面におけるイオンの表面反応の解明：分子進化への未知の役割を探る
    科学研究費助成事業
    2018年04月01日 - 2021年03月31日
    中井 陽一, 日高 宏
    これまで実験的情報がほとんど無かった星間塵氷表面と低エネルギー分子イオンとの反応に関する実験研究を行なった．そのために，表面に存在する化学種に対して従来使われてきた検出法より高感度な検出法である，反応性散乱イオン質量分析法を利用した実験装置を開発した．極低温氷表面上の化学種に対してもその利点を活かせるように手法を改良した．その結果，極低温氷表面上に微量に存在する化学種の検出が可能となった．低エネルギーのCH3+イオンを冷却した金属基板上に生成した氷薄膜表面へ照射して，その結果による反応生成物を観測した．それにより，CH3+イオンの照射に起因するメタノール分子生成を示す実験結果を得た．
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 国立研究開発法人理化学研究所, 18H01273
  • 分子雲における氷・有機物生成　　　　　　　　　　　　　　　
    文部科学省: 科学研究補助金(新学術領域研究(研究領域提案型))
    2013年06月 - 2018年03月
    香内 晃
    競争的資金
  • 星間塵表面での分子進化と新しい同位体分別機構　　　　　　　　　　　　　　　
    文部科学省: 科学研究補助金(基盤研究(S))
    2012年05月 - 2017年03月
    渡部 直樹
    競争的資金
  • 反応非平衡条件下でのイオン誘発核生成の定量的解明：生成素反応への実験的アプローチ
    科学研究費助成事業
    2013年04月01日 - 2016年03月31日
    中井 陽一, 渡部 直樹, 小島 隆夫, 日高 宏
    イオン選別入射型移動菅を用いて、H3O+(H2O)nイオンの水分子逐次付加反応に関するギブスの自由エネルギー変化を従来の測定に比べて安定で精度良く測定できた。さらに、水蒸気中でのH3O+(H2O)nイオンの水分子逐次付加/脱離反応平衡に対して、反応平衡定数の経験的な有効温度を得ることができた。有効温度は電場の影響を受けた衝突エネルギーを代表する物理量である。その電場依存性を表すパラメータにH3O+(H2O)nイオンの構造が反映される可能性を見出した。RFイオントラップをクラスターイオン生成実験に利用するために、トラップを用いたイオン質量選別などのイオン操作法の試験研究を行った。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 国立研究開発法人理化学研究所, 25287148
  • 極低温原子間力顕微鏡によるアモルファス氷の表面構造および表面電位の解明　　　　　　　　　　　　　　　
    文部科学省: 科学研究補助金(基盤研究(C))
    2014年05月 - 2016年03月
    日髙 宏
    研究代表者, 競争的資金
  • 氷生成過程のその場観察・構造解析のための極低温超高真空透過型電子顕微鏡の開発　　　　　　　　　　　　　　　
    文部科学省: 科学研究補助金(基盤研究(A))
    2013年10月 - 2016年03月
    香内 晃
    競争的資金
  • 大気中でのイオン誘発核生成の定量的解明：反応素過程実験からのアプローチ
    科学研究費助成事業
    2010年04月01日 - 2013年03月31日
    中井 陽一, 渡部 直樹, 小島 隆夫, 日高 宏
    イオンが誘発する微粒子核生成の初期過程であるクラスターイオン生成について実験的研究を行った。反応経路を制限するために、クラスターイオン生成の種イオンの生成および選別を行う領域とクラスターイオンを生成・成長させる領域を分離した実験装置を開発した。H3O+(H2O)nクラスターイオンについて、結合水分子数が1個変化する際のギブスの自由エネルギー変化の測定を行い、我々の手法は従来の測定にくらべて安定な精度の良い測定結果を得られることがわかった。NO+イオンを種イオンとする場合、水素分子を緩衝ガスにして、種イオンに含まれる準安定状態のNO+イオンが及ぼす影響を大きく減少させた実験を行えるようになった。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 独立行政法人理化学研究所, 22540498
  • 星間塵表面におけるアンモニア分子の重水素濃集過程の解明と分子雲温度推定への応用
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2012年 - 2012年
    日高 宏
    分子雲内に存在する星間塵表面上で生成されるアンモニア分子のオルソ/パラ比（核スピンの奇偶比）および重水素化アンモニア分子の標準体に対する割合を実験によって明らかにするために研究を行った．実験では高強度・高解離率の窒素原子源が必要となることから，電子サイクロトロン共鳴型マイクロ波プラズマ窒素原子源を新たに製作することとし，プラズマ閉じ込めのため磁場形状のを決定するため3次元磁場解析を行った．
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, 競争的資金, 24740362
  • アモルファス氷の表面構造解析:低温表面原子反応における触媒的効果の実体解明
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2010年 - 2012年
    香内 晃, 渡部 直樹, 日高 宏
    星間分子雲で起こっている表面原子反応による分子生成は,下地(基板)であるアモルファス氷の存在によって,反応速度が大きくなることが明らかになっている.しかし,アモルファス氷の表面構造は全く明らかになっておらず,その構造解明が急がれる.本研究計画では,超高真空原子間力顕微鏡(AFM)の冷却システムを開発し,アモルファス氷の表面構造を観察する.並行して,反応速度論的データを取得し,双方の情報を用いることにより,極低温表面原子反応においてアモルファス氷が持つ触媒的効果の実体を解明する.これによって,分子雲での分子進化の全容解明に迫る.本年度は,以下の研究を実施した.現有のAFMの試料(サファイヤ基板)を冷却するために,液体ヘリウムクライオスタットを製作した.また,アモルファス氷を作製するためには,AFMに水蒸気を導入する必要があり,このために,ガス導入系およびガス混合装置を作製した.来年度以降は,これらの装置をAFMに取り付け,種々の方法で作製したアモルファス氷の表面構造を分子レベルで観察する予定である.現有の極低温表面原子反応実験装置を用いて,極低温表面原子反応の速度論的データを取得した.水素原子のアモルファス氷表面での拡散係数の測定にあたっては,購入したエキシマレーザーを用いて吸着原子を脱離させ,それを現有の飛行時間型質量分析計で分析した.それらのデータから,水素原子の付着係数お...
    文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 競争的資金, 22340157
  • 氷表面反応の科学:原子トンネル反応と同位体分別機構
    科学研究費補助金(新学術領域研究(研究課題提案型))
    2009年 - 2011年
    渡部 直樹, 日高 宏
    本年度は,研究課題の主要な目的のひとつである,低温(アモルファス)氷表面での水素原子拡散の同位体効果および,水素原子再結合反応により生成した水素分子の原子核スピン温度の測定を行った.氷表面に存在する(重)水素原子をレーザー誘起脱離させたのちREMPI法により直接検出し,その強度の時間減衰(再結合による水素分子生成により引き起こされる)から表面拡散の情報の得た.その結果,表面温度8Kでは水素と重水素原子の間で拡散の速さに大きな違いは見られず,拡散はトンネル効果によるものではなく,アレニウス的なものであることが示唆された.このことは,表面再結合による水素分子の生成速度には同位体効果がほとんど現れないであろうことを意味する.再結合により生成した水素分子のスピン温度を測定したところ,およそ200K以上を示す高温平衡値3に近いことがわかった.また,生成した水素分子はアモルファス氷表面で再トラップされた後に,スピン温度が時間とともに下がる(オルソ→パラ転換する)事がわかった.この結果は,星間水素分子のスピン温度が温度領域により異なるという天文観値をうまく説明することができる.有機分子CH_3NH_2(メチルアミン)に関して,氷表面原子トンネル反応による重水素濃集が起こるか予備実験を行ったところ,HがDに置換する反応だけではなく,その逆のDがH置換するプロセスも進むことが分かった.
    文部科学省, 新学術領域研究(研究課題提案型), 北海道大学, 競争的資金, 21200048
  • 極低温星間塵表面反応による水分子の重水素濃集
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2009年 - 2011年
    渡部 直樹, 日高 宏
    本研究の目的は水分子の重水素濃集に対する星間塵表面反応の寄与を実験により定量化することである.本年度は水分子生成プロセスのひとつとして考えられるOHラジカルと水素,重水素分子の反応について調べた.反応物がすべて水素の場合,反応式はOH+H_2→H_2O+Hである.この反応は発熱で,気相では3000K相当の活性化エネルギーを持つ.そのため,低温氷表面ではトンネル反応による同位体効果が期待される.H_2OもしくはD_2Oガスをマイクロ波放電で解離しOH(OD)ラジカルを生成した.このときのガスの解離率はおよそ80%以上であると見積もられた.ODラジカルとH_2ガス,OHラジカルとD_2ガスをそれぞれ10Kの低温基板に蒸着したところ,前者ではHDO固体の生成が確認されたが,後者では生成されなかった.この結果はOD+H_2→HDO+Hが進む一方でOH+D_2→HDO+Dが起こらないことを示している.両反応には活性化エネルギーに大きな違いはないため,反応の有無は反応の実効質量(effective mass)の違いがもたらすトンネル反応の同位体効果によるものと考えられる.実際の宇宙空間ではD_2の存在量は多くない.今後の実験で,OH+HD→HDO+Hを調べることにより,この反応系が星間水分子の重水素濃集に寄与し得るかを確認する.
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 競争的資金, 21540502
  • 極低温星間塵表面における励起水素分子生成ダイナミクスの解明
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2007年 - 2008年
    日高 宏
    極低温星間塵表面上で生成・脱離した水素分子の反応熱分配過程を実験的に明らかにするため,低温基板表面で水素原子の結合反応により水素分子を生成し,脱離した水素分子の運動・振動・回転エネルギー分布を測定する実験装置を構築した.
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, 競争的資金, 19740301
  • 星間分子の新しい重水素濃集メカニズム:極低温星間塵表面反応
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2007年 - 2008年
    渡部 直樹, 日高 宏
    星間分子の重水素濃集プロセスとして研究代表者らが提唱している極低温星間塵表面反応を, 実験により定量的に評価した. 特に, 高度な重水素濃集が観測で確認されているホルムアルデヒド, メタノールの重水素化表面反応に焦点をあて, 重要な反応経路について実効的な反応速度定数を決定し, 上記分子種に関する重水素濃集の星間塵表面反応ネットワークを完成させた.
    文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 競争的資金, 19340167