固体水素高品質単結晶の製作とその評価

高品质固体氢单晶的制备与评价

基本信息

批准号：
09740329
负责人：
桂川眞幸
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

固体水素は水素分子を単位とする量子固体で、その際立った特徴は、固体にもかかわらず振動、回転の自由度が孤立した分子のように良く量子化された状態であることにある。孤立した分子としてのシャープな共鳴特性と固体の密度を併せ持つという特徴は、従来の非線形光学媒質としては全く取り扱われなかった対象で、我々はここに着目して、従来の限界を超えた様々な非線形光学過程を見出すことを目的に研究をおこなっている。本研究の目的は、非線形光学過程の研究に十分な品質をもった固体水素単結晶の製作方法を確立することにある。結晶成長は、液相から試みた。液相からの結晶成長は、従来からも三重点付近では可能なことが知られていたが、この時の最大の問題は、結晶を冷却すると収縮による結晶の破壊がおこることにあった。結晶の破壊は、冷却時に結晶がセルの中で負圧の状態に置かれることによる。本研究では、OKでも結晶が負圧の状態にならないだけの高圧(〜30気圧)を結晶成長の初期条件として与えることでこの問題点を解決することを試みた。高圧(30気圧)をかけて液相より成長させることにより、液体He温度(4.2K)においても光学的に全く透明な結晶を得ることに成功した。結晶のサイズは、直径8mm、厚み10mmである。より定量的な結晶の評価は、振動励起状態の位相緩和時間からおこなった。コヒーレントアンチストークスラマン分光法で評価した位相緩和時間は、これまでに報告された値よりも2桁長い値(〜5μs)を示し、結晶の品質が格段に改善されたことを確認することができた。さらに、この技術をもとに薄膜の結晶を作ることを試みた。30気圧の高圧に耐えうる数十ミクロンの隙間を持った光学セルを、常温から低温への熱収縮を考慮して如何に設計するかがポイントであった。60ミクロンの厚み光学的に透明な薄膜固体水素結晶を作ることに成功した。この技術が確立したところで、10ミクロン以上、任意の厚みの薄膜結晶をつくることが可能になった。

固体氢是以氢分子为单位的量子固体，其显着特点是虽然是固体，但其振动和旋转的自由度都被很好地量子化，就像一个孤立的分子一样。孤立分子的尖锐共振特性与固体密度的结合是一个从未被视为传统非线性光学介质的物体。我的研究旨在发现非线性光学过程。本研究的目的是建立一种生产具有足够质量的固体氢单晶的方法，用于非线性光学过程的研究。尝试从液相进行晶体生长。人们早就知道，在三相点附近可以从液相生长晶体，但最大的问题是当晶体冷却时，它会收缩并破裂。晶体的破坏是由于冷却过程中晶体被置于电池内的负压下造成的。在这项研究中，我们试图通过提供高压（~30 atm）作为晶体生长的初始条件来解决这个问题，该压力足够高以防止晶体进入负压状态，即使是正常的。通过施加高压（30 atm）并从液相生长，即使在液氦温度（4.2 K）下，我们也成功获得了完全光学透明的晶体。晶体尺寸为直径8毫米，厚度10毫米。根据振动激发态的相弛豫时间对晶体进行更定量的评价。通过相干反斯托克斯拉曼光谱评估的相弛豫时间比之前报道的值长两个数量级（约5μs），证实Ta晶体的质量显着提高。此外，他们尝试基于该技术制造薄膜晶体。关键是如何设计一个间隙为几十微米、能承受30个大气压高压的光学单元，同时考虑到从室温到低温的热收缩。我们成功制造了厚度为60微米的光学透明薄膜固体氢晶体。一旦这项技术建立起来，就可以制造任何厚度为 10 微米或以上的薄膜晶体。