微小重力中のヘリウム結晶における新界面現象の探索

寻找微重力下氦晶体的新界面现象

基本信息

批准号：
12J08723
负责人：
高橋拓也
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度は、微小重力環境において界面自由エネルギーが決める4He結晶の平衡形をマクロスケールで観測し、ファセットと呼ばれる平らな面が平衡形上ではこれまで観測されていなかった位置に現れることを発見した。しかし、この位置のファセット(s面)は成長形では観測されており、平衡形でも現れることは予測されていたことであった。結晶の温度はおよそ150 mKであった。今年度は冷凍機を改良し、より低温で実験をすることで、予測されていない位置に新しいファセットが現れないか検証しようとしたが、実験装置(希釈冷凍機)の不具合のため一年間をその修繕に費やすこととなってしまった。修繕は未だ続いている。できる限り早く修復・改良し、実験を再開したい。一方、前年度のデータを分析することにより興味深い事実がわかった。ファセットは4He結晶の平衡形においては結晶サイズの1/10以下のサイズでしか現れてこないはずであるが、前年度に得られた平衡形には結晶サイズの1/2程度の大きさにも見える平らな面が観測され、疑問が残っていた。我々はファセット近傍の平衡形を記述する理論式と実験データを比較することによりこれを解決した。比較の結果、観測されたファセット近傍の結晶形は理論的に予測されるものと良い一致を見せ、微小重力実験において結晶が平衡形に到達していることが支持された。さらに、ファセットが大きく見える問題ではファセット近傍に現れる微斜面と呼ばれる小さく傾いた面が広範囲に現れているためであることが明らかになった。原子スケールではファセットと明確な区別がつく微斜面だが、マクロスケールに見てしまうとファセットと区別がつかず、微斜面領域もファセットのような平らな面であると認識しまい、結果、ファセットが大きく現れているように見えていたのである。この事実は今後新しいファセットの観測をしていく過程でファセットの有無を判断する大きな助けになると期待される。

在上一年，我们观察到了宏观上微重力环境中界面自由能确定的4HE晶体的平衡形式，并发现一个称为Facet的平面表面出现在以前在平衡形式上未观察到的位置。但是，在生长形式观察到该位置的小平面（S平面），并被预测以平衡形式出现。晶体的温度约为150 mk。今年，我们试图改善冰箱和在较低温度下的实验，以验证新方面是否出现在不可预测的位置，但由于实验设备（稀释冰箱）的故障，我们最终在维修上花费了一年的时间。维修仍在进行。我们想尽快修复和改进并恢复实验。同时，分析上一年的数据揭示了一些有趣的事实。方面应仅以4HE晶体的平衡形式出现，尺寸小于1/10的晶体大小，但是上一年获得的平衡形式的平衡表面可能是晶体尺寸的1/2的平坦表面，这留下了疑问。我们通过比较描述该方面附近平衡形式的理论方程与实验数据来解决这一问题。比较的结果表明，该刻面附近的观察到的晶体形状与理论预测良好一致，并且在微重力实验中，晶体达到平衡形式。此外，已经揭示了使刻面看起来很大的问题是，在宽阔区域附近出现的小，被称为微观表面，被称为微观表面。在原子尺度上，微观表面可以清楚地将它们与刻面区分开，但是当以宏观尺度观察时，它们无法将它们与刻面区分开，并且显微镜表面积也被认为是平坦的表面，从而产生了很大的刻面外观。预计这一事实将在确定未来是否存在新方面存在方面有很大的帮助。