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ナノ多孔体を用いた水素量子液体の実現と超流動の探索

利用纳米多孔材料实现氢量子液体及超流性探索

基本信息

批准号：
17654069
负责人：
白濱圭也
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、新しい超流動・ボース-アインシュタイン凝縮現象の発見を目指し、ナノサイズの微細空間に閉じこめた水素分子(H_2)に期待される量子効果を、圧力温度相図の決定と熱的測定から実験的に調べるものである。水素をナノ細孔に閉じこめると固化が抑制されて過冷却液体が実現し、三重点の温度が低下し、場合によってはヘリウムと同様に、三重点が消失する可能性がある。前年度の定積圧力測定で、圧力容器内のバルク固体が空洞を生じることに起因する圧力の異常な振る舞いが観測された。この問題を、一定圧で結晶成長が可能なクライオスタットを開発することで解決した。本年度はこの新しい装置を用いて、孔径2.5および5nmの2種類のナノ多孔質ガラス中水素の定積圧力測定と、熱的異常の観測を行った。その結果、多孔体中の液体水素は、その大部分が9-10K付近まで過冷却された後固化することが判明した(固化温度は孔径に依存して少し異なる)。圧力温度相図上の固液共存線は、バルクの固液共存線を低温側にシフトさせたような形をしており、期待した量子効果に伴う三重点の大きな低下は観測されなかった。しかし、一定の熱流入量で温度スイープをする際に温度変化の異常が幅広い温度域で観測され、その振る舞いから、細孔内の水素の一部分は、7K近くまで過冷却液体として保持されることがわかった。この7Kという温度は、水素に理想気体モデルを適用したときに予想されるボース・アインシュタイン凝縮温度、6.6Kに近い。この少量の水素は、不均一細孔中の孔径の小さい領域に存在すると考えられる。従って、孔径に分布をもつ多孔質ガラスではなく、均一孔径を持つ多孔体を用いることで、大きな過冷却さらには量子液体効果が明瞭に観測される可能性がある。これは今までの超流動水素探索実験では得られなかった、新しくかっ重要な知見である。

This research focuses on the new superfluid and superfluid condensation phenomenon and the closure of the fine space of the new superfluid. The hydrogen molecule (H_2) is expected to have quantum effects, and the pressure and temperature phases will be determined and the measurement of heat will be adjusted accordingly. Hydrogen pores are closed, solidification is suppressed, super-cooled liquid is present, triple point temperature is The degree is low, the occasion is the same, the three points are disappearing, and the possibility is the same. The measurement of the fixed accumulated pressure in the previous year and the abnormal vibration and vibration of the solid in the pressure container caused the abnormality of the pressure. The problem is that it is possible to grow crystals under a certain pressure and it can be solved by opening the solution. This year's new equipment is used to measure the constant volume pressure of water in 2 types of porous materials with a pore diameter of 2.5 and 5nm, and to measure thermal abnormalities. As a result, most of the liquid hydrogen in the porous body was close to 9-10K, and it was supercooled and then solidified. The solid-liquid coexistence line on the pressure-temperature phase, the solid-liquid coexistence line on the pressure-temperature phase, and the low-temperature side of the solid-liquid coexistence lineなshaped をしており, expect したquantum effect に companion う三级の大きなlow 観measure されなかった.しかし、Constant heat inflow でTemperature スイープをする International temperature change のabnormal が広いTemperature domain で観measurementされ、そのVibration dance, part of the hydrogen in the pores, 7K near supercooled liquid, and maintenance of the water.この7K というtemperature は、hydrogen にideal body モデルをapplicable したときにThe condensation temperature of されるボース・アインシュタイン is close to 6.6K. The existence of a small amount of hydrogen and the small pore diameter in the non-uniform pores is the reason why it exists in the field.従って、pore size distributionをもつporous ガラスではなく、uniform pore diameterをmaintaining porous body useいることで、大きなSupercoolingさらにはThe quantum liquid effect is clear and the possibility is measured.これは神までのSuperfluid Hydrogen Exploration実験では得られなかった、新しくかっimportantな知见である.

项目成果

期刊论文数量（17）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Superfluidity of ^4He Adsorbed on Nanoporous Activated Carbon Fibers

纳米孔活性碳纤维吸附^4He的超流动性

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Journal of Low Temperature Physics (in press)
影响因子：
0
作者：
Yoshiyuki Shibayama;Keiya Shirahama
通讯作者：
Keiya Shirahama

4^He in Nano-Porous Media : Superfluidity and Quantum Phase Transition

纳米多孔介质中的 4^He：超流性和量子相变

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
J.Low Temp.Phys. 146(Invited Paper)
影响因子：
0
作者：
K. Shimizu;T. Gotohda;T. Matsushita N. Wada;W. Fujita;K. Awaga;Y. Saiga;and D. S. Hirashima;藤原裕也;K. Hicks et al. (15番目);H.Tamura;Masanori Harada and Masaru Tsukada;T.Nakano;H.Saito;K.Shirahama
通讯作者：
K.Shirahama

Suppression of Freezing and Emergence of a Novel Ordered State in 4^He Confined in a Nano-porous Material

纳米多孔材料中限制的 4^He 中冻结的抑制和新型有序态的出现