単原子層ヘリウム4における超固体性、超流動液晶性

单层氦 4 中的超固态和超流液晶性

基本信息

批准号：
20J12304
负责人：
宇佐美潤
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J12304/
关键词：
超流動液晶量子液晶超流動ヘリウム超固体

项目摘要

昨年度までに、広い温度範囲で測定したねじれ振り子の詳細の解析と比熱の同時測定により、液相と固相の中間に存在する相で超流動性と弾性増加を同時に示すことを見出した。そこで、計画していた熱伝導度測定を変更し、より詳細に相、超流動、弾性の密度依存性を調べるため、今年度も比熱とねじれ振り子の追加測定を実施した。その結果、液相と中間相の共存相に入ると同時に、超流動は急速に減少し、また弾性がステップ的に増加することがわかった。さらに中間相においても超流動信号は維持し、固相に入ると測定感度の範囲で超流動信号が０になることがわかった。また、観測された特異な温度、密度依存性がJosephson弱結合モデルを用いて説明できることがわかった。今回初めて見出した、超流動と弾性増加が共存する新奇相は、空間秩序によって弾性が増加していれば近年電子系などで注目される量子液晶相であり、それ自身も、また他の量子液晶との関連も興味深い。計画していた通り、今年度はさらにSPring-8において、高輝度光科学研究センターの田尻寛男主幹研究員、兵庫県立大学の山口明准教授らのグループとともにX線散乱、回折による低温でのグラファイト上単原子層ヘリウムの構造解析の装置作製、測定を行った。透過率の高い硬 X 線を用いることで発熱を抑えることができる。GM冷凍機と、液体ヘリウムの蒸発冷却を用いた冷却システムの開発・改良、回折実験に有効である、単結晶サイズが大きくモザイク角が小さなグラファイト基板の評価・選定、単原子層ヘリウム膜を作成するための関連装置の設計・製作を実施した。実際に1.4 KでCTR散乱実験を行い、ヘリウム吸着密度に依存する散乱強度変化を観測することに成功した。今後、今回見出したモザイク性の小さなグラファイト基板を用いて、透過型X線回折実験を行うことで、面内構造解析が可能である。

到去年，通过对在较宽温度范围内测量的扭摆进行详细分析并同时测量比热，我们发现存在于液相和固相之间的相同时表现出超流动性和增强的弹性。因此，我们今年改变了计划的热导率测量，并再次进行了比热和扭摆的额外测量，以便更详细地研究相、超流性和弹性的密度依赖性。结果发现，一旦液相和中间相共存，超流动性迅速降低，弹性逐步增加。此外，发现即使在中间相也能维持超流体信号，并且当进入固相时，超流体信号在测量灵敏度范围内变为0。我们还发现，观察到的独特的温度和密度依赖性可以使用约瑟夫森弱耦合模型来解释。我们首次发现的超流性和增加的弹性共存的新相是一种量子液晶相，如果弹性因空间有序性而增加，则最近在电子系统中引起了人们的关注，它也是一种量子液晶相近年来在电子系统中引起关注的相位之间的关系也很有趣。按照计划，今年我们还将与高亮度光子科学研究中心的高级研究员 Hiroo Tajiri 和兵库大学 Akira Yamaguchi 副教授领导的团队在 SPring-8 合作，通过 X 技术研究低温石墨生产。我们制造了设备并进行了上单层氦结构分析的测量。通过使用透过率高的硬X射线，可以抑制发热。开发和改进使用GM制冷机和液氦蒸发冷却的冷却系统，评估和选择对衍射实验有效的大单晶尺寸和小镶嵌角度的石墨基板，以及设计和制造单原子层氦膜。用于此目的的相关设备。实际上，我们在 1.4 K 下进行了 CTR 散射实验，并成功观察到了散射强度随氦吸附密度的变化。未来，通过使用此次发现的小型镶嵌石墨基板进行透射X射线衍射实验，可以实现面内结构分析。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structural Study of Adsorbed Helium Films: New Approach with Synchrotron Radiation X-rays

吸附氦膜的结构研究：同步辐射 X 射线新方法

DOI：
10.1007/s10909-021-02652-1
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2
作者：
Yamaguchi Akira;Tajiri Hiroo;Kumashita Atsuki;Usami Jun;Yamane Yu;Sumiyama Akihiko;Suzuki Masaru;Minoguchi Tomoki;Sakurai Yoshiharu;Fukuyama Hiroshi
通讯作者：
Fukuyama Hiroshi

放射光X線散乱による超低温表面の観察手法開発

同步辐射X射线散射超冷表面观测方法的开发

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
田尻寛男; 山口明; 隈下敦貴; 宇佐美潤;住山昭彦; 山根悠; 簑口友紀;鈴木勝; 櫻井吉晴; 福山寛
通讯作者：
福山寛

Structural study of adsorbed helium films: New approach with synchrotron radiation X-rays

吸附氦膜的结构研究：同步辐射 X 射线的新方法

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Yamaguchi; H. Tajiri; A Kumashita; J. Usami; Y. Yamane; A. Sumiyama; M. Suzuki; T. Minoguchi; Y. Sakurai; H. Fukuyama
通讯作者：
H. Fukuyama

Structural Study of Adsorbed Helium Films: New Approach with Synchrotron Radiation X-rays

吸附氦膜的结构研究：同步辐射 X 射线新方法

DOI：
10.1007/s10909-021-02652-1
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2
作者：
Yamaguchi Akira;Tajiri Hiroo;Kumashita Atsuki;Usami Jun;Yamane Yu;Sumiyama Akihiko;Suzuki Masaru;Minoguchi Tomoki;Sakurai Yoshiharu;Fukuyama Hiroshi
通讯作者：
Fukuyama Hiroshi

Superfluidity Found in the Possible Liquid Crystal Phase of 2D 4He

在 2D 4He 可能的液晶相中发现超流动性