ナノサイズ多孔体中ヘリウム原子薄膜の超流動とボース凝縮

纳米多孔材料中氦原子薄膜的超流性和玻色凝聚

基本信息

批准号：
04J05881
负责人：
戸田亮
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、接続性の異なるナノ多孔体を用いて、超流動及びボース凝縮に対する原子薄膜の接続次元性の影響を調べることを目的としている。この目的を達成するために、孔径2.7nmの細孔が孔径の2倍程度の長さで規則的に3次元接続されているナノ多孔体HMM-2を封入した測定用セルと、孔径2.8nmの細孔が300nm程度の長さに渡って1次元トンネル状となっているFSM-16を封入した測定用セルを用意した。二つの多孔体中に吸着したヘリウム4の吸着圧力測定の結果から、二つの多孔体中でヘリウム4の膜成長はほとんど同じであり、二つの多孔体に吸着したヘリウム4の物性の違いは、次元性の違いからくるものと解釈できることが明らかになっている。昨年度は、HMM-2中のヘリウム4の比熱と超流動の同時測定を行い、その超流動オンセット温度にシャープな比熱のピークが現れること、同じ温度からボース統計の効果と思われる比熱の減少が始まることを明らかにした。これは3次元接続のために3次元的相転移が起こった証拠であると期待され興味深い。本年は、3次元接続をもたないFSM-16中のヘリウム4について、比熱と超流動の同時測定を行った。FSM-16中のヘリウム4薄膜では、ボース統計に伴う比熱の減少はあるが比熱のシャープなピークはないこと、超流動オンセット温度は比熱の減少が始まる温度よりも半分以下の低温であることを明らかにし、系の接続の次元性によって超流動転移が異なることを実験的に示した。また、HMM-2に吸着したおよそ1.3層程度のヘリウム4薄膜にヘリウム3を加え、その比熱測定を行い、フェルミ縮退温度以上でヘリウム4薄膜上のヘリウム3のモル比熱が気体定数程度であることを明らかにした。これは、ヘリウム4薄膜上のヘリウム3が理想ガス的に振る舞っていることを示唆している。

本研究的目的是利用具有不同连通性的纳米多孔材料研究原子薄膜的连通性维度对超流性和玻色凝聚的影响。为了实现这一目标，我们开发了一种含有纳米多孔材料 HMM-2 的测量单元，其中孔径为 2.7 nm 的孔以大约两倍孔径的长度有规律地三维连接，以及一种带有孔的测量单元。制备含有FSM-16的测量池，其具有长度约为300nm的一维隧道状孔。从两种多孔材料中吸附的氦 4 的吸附压力测量结果来看，两种多孔材料中氦 4 的薄膜生长几乎相同，而两种多孔材料中吸附的氦 4 的物理性质存在差异。两种多孔材料很明显，这可以解释为来自维度的差异。去年，我们对HMM-2中氦4的比热和超流性进行了同步测量，发现在超流起始温度处出现了尖锐的比热峰，并且在相同温度下比热减小，即被认为是Bose统计宣布的效果。这很有趣，因为它有望成为由于三维连接而发生三维相变的证据。今年，我们同时测量了 FSM-16 中氦 4 的比热和超流性，FSM-16 没有三维连接。在 FSM-16 的氦 4 薄膜中，比热存在与玻色统计相关的下降，但比热没有尖锐的峰值，并且超流体起始温度小于比热下降温度的一半。我们澄清了这一点，并通过实验表明，超流体转变根据系统中连接的维数而不同。另外，我们将氦3添加到吸附在HMM-2上的约1.3层氦4薄膜中并测量其比热，发现氦4薄膜上氦3的摩尔比热约为气体高于费米简并温度的常数。这表明氦 4 薄膜上的氦 3 表现得像理想气体。