量子液滴ビームを駆使したナノ水素超流動相の微視的探索

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本研究では、Ginzburgらにより予言された水素超流動相を実現するために、温度0.4Kのヘリウム液滴からなる量子液滴ビーム中にナノ水素凝縮体を生成し、微視的スケールでその量子物性に迫ることを目的とする。ナノ水素凝集体が示す液体性そして超流動性を、水素及び内包分子をプローブとするレーザー分光法を駆使し微視的なナノスケールから巨視スケールに近いミクロンサイズまでの幅広いサイズ領域で明らかにする。微視的スケールを超えて巨視的スケールでの超流動水素の実現可能性を見極めるための土台となる。本年度はまず、1) 低温パルスノズルから直接噴出した水素ガスにより生成される巨大水素クラスターの性質を、クラスタービーム速度測定と内包分子のスペクトル測定により明らかにした。特に、生成したクラスターはヘリウム液滴温度0.4Kまでは冷却されていないまでも、バルク凝固点13.8Kより遥かに低い5K以下の温度にあることが推察された。さらにこのクラスターが液体の性質を持つことをスペクトル測定により明らかにした。この結果を液滴サイズ10^5の巨大水素クラスターにおいて見出したことは、巨視的スケールでの物性との関連を調べる上で意義が大きい。2) 高強度ヘリウム液滴パルスビームを生成するためのパルスノズル及び液滴生成チャンバーを整備した。3) 量子モンテカルロ法に基づく水素分子の超流動シミュレーションを実施するためのプログラムコードのアップデートを実施した。これらの研究を、研究代表者を中心に2名の研究分担者と共に遂行した。