音響放射圧による超流動液体中のヘリウム結晶の移動と制御

利用声辐射压力对超流体中氦晶体的运动和控制

基本信息

批准号：
15654046
负责人：
野村竜司
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

我々は超音波を用いるとヘリウム4結晶を自由に成長、融解、核生成できることを発見した。これは音響放射圧によるものと考えている。超音波パルスによって生成する準安定状態の超流動ヘリウム4中の結晶核生成を系統的に調べた。2msecの超音波の存在下で到達できた準安定液体の臨界過加圧量の温度依存性は、低温おいては超音波強度が増すにつれて過加圧量が減少するが、高温では超音波の影響が見られなくなった。この温度依存性は我々がこれまでに調べたバルクの結晶表面への音響放射圧の効果と矛盾しないものである。また熱の影響を調べるために熱パルスによる核生成実験もあわせて行った。また音響放射圧を利用して、結晶中に制御して負結晶を生成できることを見出した。その負結晶の移動様式と形態を系統的に調べた。ラフニング転移より高温のbcc固体では負結晶の形は球形であった。その運動は重力で真上に上昇していくものであり、その形態にも運動にも全く異方性は無かった。hcp固体ではラフニング転移に以下において形態が一変し、上面にはc-ファセットが現われ下面は滑らかな曲面になった。負結晶の移動に伴って上面が融解し下面が結晶化するわけであるが、上面では移動速度の遅いファセット面が広がり下面では移動速度の速いラフ面が広がったと考えれば説明がつく。言わば結晶の成長形と融解系を半分ずつくっ付けたようなものであり、負結晶の運動様式と深く結びついた形態である。また負結晶は真上には上昇せず、このファセットに平行な斜め上方に移動して行った。ファセット面は非常に易動度が小さいので、負結晶の形態と運動は異方的なものとなった。また0.9K以下で上昇速度が減少した。これはa-ファセットが側面に出現したためであると考えている。温度を下げるにしたがって負結晶の形態と運動が逐次的に異方性を増していく様子が観測できた。

我们发现，可以使用超声自由生长，融化和成核4晶体。我们认为这是由于声学辐射压力。系统研究了由超声脉冲产生的亚稳态状态超流体氦4中的晶体成核。在存在2毫秒的超声波的情况下，可以达到的亚稳态液体的临界过压量的温度依赖性是，在低温下，随着超声强度的增加，超压的量减小，但是在高温下，超声波的影响不再可见超声波。这种温度依赖性与我们先前研究过的散装晶体表面的声压力对大量晶体表面的影响一致。另外，还进行了使用热脉冲的成核实验以研究热的影响。还发现可以通过使用声辐射压力控制晶体来产生负晶体。阴性晶体的迁移模式和形态是系统地研究的。在BCC固体在高于粗糙过渡的温度下，负晶体形状是球形的。该运动直接在重力力上方，其形式或运动没有各向异性。在HCP固体中，形态完全变为下面的粗糙过渡，C-Facet出现在顶部表面，底部表面的平滑弯曲表面。当负晶体移动时，上表面融化并下表面结晶，但是可以通过考虑到移动速度缓慢，在顶表面上扩散的刻面表面，而具有快速移动速度的粗糙表面则扩散在底部表面上。换句话说，这就像晶体和熔化系统生长形式的半关节，并且是一种与负晶体的运动方式深深联系的形式。此外，负晶体并没有直接上升到上方，而是在对角线上平行于该方面。小方面的迁移率很低，因此负晶体的形态和运动变成各向异性。此外，增加速度降低到0.9k以下。我们认为这是因为A-Facet出现在侧面。观察到，随着温度降低，负晶体的形态和运动逐渐增加各向异性。