2005 Fiscal Year Annual Research Report
音響放射圧を用いた固体ヘリウムの結晶成長制御と新しい量子界面ダイナミクス
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15340114
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
野村 竜司 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (00323783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥田 雄一 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50135670)
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| Keywords | 固体ヘリウム4 / 超音波 / 超流動 / 結晶成長 / ファセット / ステップ / 音響放射圧 / 量子固体 |
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| Research Abstract |
これまでに超音波を用いてヘリウム4結晶の成長、融解、核生成を駆動できることを報告してきた。これは2次の音響効果である音響放射圧によって1次相転移が駆動できることを示した最初の例である。最近我々はヘリウム4結晶の微斜面に固体側から超音波を照射すると上部にファセット面が現れて成長することを見出した。ファセットの成長速度は400mK以下で増加を止め一定値に飽和するが、その値は駆動力に比例した。この様な振る舞いは過去に測定されたステップの易動度をもとにした螺旋成長モデルでは全く説明できないものである。螺旋成長モデルでは、成長速度は低温で増大し続けまた駆動力の二乗に比例しなければなら無い。なによりもその絶対値が3桁以上小さくなってしまい、全く別の成長機構を考えることが必要となった。
超音波の一次の圧力振動は400mK以下でステップの速度を音速程度まで加速することが出来る。通常の結晶成長の常識では対面するステップが衝突すると対消滅し、ステップ密度は際限なくは増加しない。しかしこの様な高速ステップの衝突過程では、液体の慣性によってお互いに乗り上げて新たな層を形成しステップの増殖が進むという理論が最近パーシンとツィンバレンコによって発表された。この理論を基に成長モデルを立てたところ実験結果を定量的に再現することが分かった。高速のステップ運動と超流体の運動が結合した量子固体ならではの全く新しい結晶成長機構を発見した。
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