液体ヘリウム4薄膜上ヘリウム3単原子層膜の2次元凝集現象における量子効果

液氦4薄膜上氦3单层膜二维团聚现象的量子效应

• 批准号: 08240208
• 负责人: 森下 将史
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08240208/
• 关键词: 巨視的量子トンネル現象; 2次元フェルミ流体; 凝集現象; 液体ヘリウム; 薄膜; 超低温; 比熱; 磁化

基盤に物理吸着した液体ヘリウム(^4He)薄膜上のヘリウム3(^3He)単原子層膜は理想的な2次元フェルミ流体を形成する。この系において、低温で2次元凝集を起こす可能性が指摘され、準安定状態を示唆する実験結果が得られている。充分な低温では巨視的量子トンネル効果による準安定状態崩壊を2次元系で初めて捉えられる可能性があり、そのためには安定状態の相図を確立することが必要となる。本研究ではこのために比熱及び磁化を測定し、温度に対する折れ曲がりや飛びから相境界線を決定する。現在までに比熱測定のため装置が完成している。^3He単原子層膜の比熱は非常に小さいために、45m^2という広大な表面積を持つグラフォイルを吸着基盤とし、熱流入が50pWで、100μK以下まで比熱測定可能な装置が完成した。この装置を用い、予備実験として純粋な^3He薄膜の比熱を90μKから80mKの温度範囲で測定した。これは従来の測定を低温側に一桁以上拡張したものであり、これによりこの系の比熱の全貌が初めて明らかとなり、幾つかの興味深い結果を得た。まず、吸着第2層に形成される固相では^3He原子間に数mK程度の交換相互作用が存在するが、これに比べ一桁以上低温まで相転移を示す比熱の異常は観測されず、この系の2次元性が非常に優れていることが実験事実として確認された。また、この固相の交換相互作用は面密度の増大とともに、反強磁性的なものから強磁性的なものに移行するが、強磁性相における比熱の振る舞いに比べ、反強磁性相では比熱の温度変化が非常に緩やかであり、スピン配置に由来するfrustrationや多数の^3He原子が一斉に循環的な交換を行う多体交換の競合の効果が顕著になっているものと考えられる。磁化測定装置も設計が終了して組み立て段階に入っており、これが完成次第、冷凍機に組み込んで、^4He薄膜上^3He単原子層膜の比熱・磁化を測定し、凝集現象の相図を決定する。

The formation of a 3(^3He) monolayer film on a substrate by physical sorption of a liquid is ideal for the formation of a 2-dimensional liquid. This system is characterized by the possibility of two-dimensional aggregation at low temperatures and quasi-stable conditions. The quantum effect of sufficient low temperature and large vision is necessary for the establishment of a quasi-stationary state collapse in a two-dimensional system. In this study, the specific heat and magnetization were measured, and the temperature and phase boundary lines were determined. The specific heat measurement device is now complete. 3. The specific heat of He single atomic layer film is very small, 45 m^2, large, surface area, heat inflow up to 50pW, 100μK or less, and the specific heat measurement device is completed. The specific heat of the pure He thin film was measured in the temperature range from 90μK to 80mK. The results of this study were obtained by measuring the temperature of the system and its overall picture. There is an exchange interaction of several mK degrees between the 3He atoms in the solid phase formed by the adsorption and adsorption of the second layer. The solid-phase exchange interaction increases the areal density, the antiferromagnetic phase shifts to the ferromagnetic phase, the ferromagnetic phase shifts to the specific heat, and the antiferromagnetic phase shifts to the specific heat. The origin of this configuration is the exchange of a large number of ^3He atoms in a single cycle, and the results of multi-body exchange are discussed. The magnetization measurement device is designed to determine the specific heat and magnetization of the atomic layer on the 4He thin film and the phase of aggregation phenomenon.

项目成果

M.Morishita et al.: "Low Temperature Heat Capacities of ^3He Thin Films" Czechoslovak Journal of Physics. 46・S1. 409-411 (1996)

M.Morishita 等人：“^3He 薄膜的低温热容量”捷克斯洛伐克物理学杂志 46・S1 (1996)。