ナノ多孔質ガラスに閉じこめたヘリウム4の超流動・固体液体転移

限制在纳米多孔玻璃中的 He-4 的超流/固液转变

• 批准号: 05J08138
• 负责人: 山本 恵一
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J08138/
• 关键词: ナノ多孔質ガラス; 超流動; 量子液体・固体; 量子相転移; 量子固体・液体

本研究の目的は、ナノ構造中にヘリウム4を閉じ込めたときに現れる新しい量子液体相を探索することにある。すでに平成18年度までの本研究において、孔直径2.5nmのランダムな孔構造を有するナノ多孔質ガラスの中のヘリウム4の超流動転移温度は加圧と共に大きく抑制され、約3.4MPaで絶対零度に到達することを明らかにした。これは、圧力をパラメータとした量子相転移が起きていることを示唆している。定積圧力の測定から得られた固化曲線は、1.4K以下の低温でほぼ温度に依存しないことより、超流動相と固体相の間に超流動を示さない液体相(非超流動相)が存在することを明らかにした。本年度は、非超流動相の熱力学的状態を明らかにするため、断熱法による熱容量測定を行った。その結果、超流動転移温度よりも高温度において熱容量のピークを観測した。この事実は長距離秩序である超流動が起こるよりも高温で短距離的な秩序状態が発達していることを示している。この短距離秩序状態は局在したボース凝縮状態であると考えており、細孔中^4Heの一部がボース凝縮を起こすが、全体としては凝縮体の位相がコヒーレンスでないために超流動を示さない状態である。この状態は^4He原子間の強い相関と多孔体の形成する孔径程度のスケールのランダムポテンシャルによって引き起こされる。極大を示す温度T_B以下では、熱容量の温度依存性はボース凝縮体に特有の励起であるフォノン、ロトンによる寄与により説明できる。これは、超流動転移温度以上の温度でも多孔体の中でボース凝縮体が局在して存在することを明瞭に示している。以上の研究成果はナノ空間中のボース凝縮体の局在状態の存在を提示し、物性物理学にインパクトを与えるものであると考えている。

The purpose of this study is to explore the new quantum liquid phase in the structure. In this study, the pore diameter of 2.5 nm and the pore structure of 2.5 nm were found in the porous medium. The super-flow temperature shift in the porous medium was about 3.4 MPa and the pressure was about 3.4 MPa. The quantum phase shift is caused by the change in pressure. The solidification curve obtained from the measurement of constant pressure depends on the temperature at low temperatures below 1.4 K, the superfluidity between supermobile phase and solid phase, and the existence of liquid phase (non-supermobile phase). This year, the thermodynamic state of the non-supermobile phase was determined by thermal analysis. As a result, the temperature of the super-fluid shift is measured at high temperatures. This is the case for long-distance order, super-flow, high-temperature, short-distance order, etc. The short-distance order state is in the condensed state, and a part of the condensed state in the pore is in the condensed state. This state includes the strong correlation between 4He atoms and the formation of porous bodies. Below the maximum indicated temperature T_B, the temperature dependence of the heat capacity is explained by the unique excitation of the condensed body. The existence of condensed porous bodies at temperatures above the superfluid transition temperature is clearly indicated. The above research results indicate the existence of condensed matter in space and the physical physics.

项目成果

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

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of the 24th International Conference on Low Temp.Phys.(LT24), AIP Conference Proceedings Series 850
• 作者: K.Yamamoto;Y.Shibayama;K.Shirahama
• 通讯作者: K.Shirahama

ナノ多孔質ガラスに閉じ込めた4Heの温度圧力相図

4He 限制在纳米多孔玻璃中的温度-压力相图

• 发表时间: 2007
• 作者: 山本 恵一;柴山 義行;白濱 圭也
• 通讯作者: 白濱 圭也

Heat Capacity of Liquid 4He Confined in a Nanoporous Glass

纳米多孔玻璃中液体 4He 的热容

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Low Temperature Physics 150
• 作者: K. Yamamoto;Y. Shibayama;*K. Shirahama
• 通讯作者: *K. Shirahama

Nanoscale Bose-Einstein condensation of ^4He in porous media

^4He 在多孔介质中的纳米级玻色-爱因斯坦凝聚

• 发表时间: 2007
• 作者: K. Yamamoto;Y. Shibayama;and K. Shirahama
• 通讯作者: and K. Shirahama

Thermodynamic Evidence for Nanoscale Bose-Einstein Condensation in 4He Confined in Nanoporus Media

纳米孔介质中限制的 4He 中纳米级玻色-爱因斯坦凝聚的热力学证据

• 发表时间: 2008
• 期刊: Physical Review Letters (掲載決定)
• 作者: K. Yamamoto;Y. Shibayama;and K. Shirahama
• 通讯作者: and K. Shirahama