Study on novel helium-3 quantum fluids with various dimensionalities and correlations designed by nano-sized environments

本年度は、まず研究実施計画中に示した「1次元3He薄膜流体、朝永ラッティンジャー液体は実現するか」という課題に関する研究を実施している。これまで我々は孔径2.4nmの1次元細孔に希薄な3Heを吸着した場合に、比熱等が3Heの1次元状態を示す領域においてのみ、朝永ラッティンジャー(TL)液体の典型的な振る舞いとされる、温度に反比例するスピンスピン緩和時間が観測されることを実証してきたが、非縮退状態でも似た振る舞いが観測されるなどから、TL液体の決定的な証拠としては認められていない状況にあった。本研究ではまずスピン拡散係数の直接観測で、非縮退液体とTL液体の運動状態の定性的な相違を明らかにし、TL液体が実現していることを実証することを目指した。まず新たに位相変調を可能にするようにNMR装置の改造と測定ソフトの改良を行い、NMR信号のS/N比を以前に比べ大幅に改善することができた。その一方で、1次元3Heの拡散係数の観測は、後記の進捗状態に示したように冷凍機等の不調により、現状ではその実験的観測がようやく可能になった段階にある。この系では、核スピンスピン緩和時間に比べて、スピン拡散の効果が小さく、従来型のスピンエコー法によっては拡散係数を観測できない。そこで本研究では従来より長い時間スケールでスピン拡散の観測が可能になるstimulated echoによる観測法を新たに導入した。この方法ではパルス列のパラメータが従来より多いため、測定パラメータの適切な値を決めるための予備実験を繰り返し行ってきた結果、実際に1次元細孔に吸着した3Heの非縮退領域の複数の温度において、スピン拡散に由来する信号減衰をとらえることが可能になった。これにより、今後1次元3Heスピン拡散の系統的な観測が可能になる。

本年度は、まず研究実施計画中に示した「1次元3He薄膜流体、朝永ラッティンジャー液体は実現するか」という課題に関する研究を実施している。これまで我々は孔径2.4nmの1次元細孔に希薄な3Heを吸着した場合に、比熱等が3Heの1次元状態を示す領域においてのみ、朝永ラッティンジャー(TL)液体の典型的な振る舞いとされる、温度に反比例するスピンスピン緩和時間が観測されることを実証してきたが、非縮退状態でも似た振る舞いが観測されるなどから、TL液体の決定的な証拠としては認められていない状況にあった。本研究ではまずスピン拡散係数の直接観測で、非縮退液体とTL液体の運動状態の定性的な相違を明らかにし、TL液体が実現していることを実証することを目指した。まず新たに位相変調を可能にするようにNMR装置の改造と測定ソフトの改良を行い、NMR信号のS/N比を以前に比べ大幅に改善することができた。その一方で、1次元3Heの拡散係数の観測は、後記の進捗状態に示したように冷凍機等の不調により、現状ではその実験的観測がようやく可能になった段階にある。この系では、核スピンスピン緩和時間に比べて、スピン拡散の効果が小さく、従来型のスピンエコー法によっては拡散係数を観測できない。そこで本研究では従来より長い時間スケールでスピン拡散の観測が可能になるstimulated echoによる観測法を新たに導入した。この方法ではパルス列のパラメータが従来より多いため、測定パラメータの適切な値を決めるための予備実験を繰り返し行ってきた結果、実際に1次元細孔に吸着した3Heの非縮退領域の複数の温度において、スピン拡散に由来する信号減衰をとらえることが可能になった。これにより、今後1次元3Heスピン拡散の系統的な観測が可能になる。