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2009 Fiscal Year Annual Research Report

ヘリウムナノ構造における新しい量子多体現象

Research Project

Project/Area Number 17071010
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

白濱 圭也  Keio University, 理工学部, 教授 (70251486)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鈴木 勝  電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (20196869)
Keywordsヘリウム / 超流動 / 量子相転移 / ボース粒子 / 量子液体 / 量子固体 / 超流動固体 / ナノ多孔体
Research Abstract

本研究は、ナノ多孔体構造に閉じこめたヘリウム(^4He)が示す特異な量子多体現象を多様な実験により明らかにし、「スーパークリーン強相関ボース粒子系」の新しい物理を開拓・追求するものである。最終年度は以下の成果を得た。(1)周期的ナノ多孔体に圧入した^4Heの超音波測定を行い、2.5MPa以上の圧力域で超流動の観測に成功し、さらに超流動転移が3.4MPa近くでOKに近づく量子相転移的な挙動を観測した。従って量子相転移の発現には細孔による閉じこめ効果が重要で、細孔の乱れは本質的でないことが判明した。(2)ナノ多孔体中^4Heの固体超流動現象を調べ、その諸性質がバルク固体とほとんど同じであること、また液体超流動と共存しうることを発見した。後者より、固体超流動挙動は液体を取り囲む1-2原子層の薄膜でも存在することが示された。(3)(2)の研究の過程で、ナノ多孔質ガラスに吸着した固体4He薄膜においても、固体超流動と酷似した現象が一種の量子臨界現象として起こることを見出した。(4)1次元ナノ空間(FSM多孔体)に閉じこめた^4Heの熱容量・超音波測定から相図の全貌を明らかにし、熱容量ピークが超流動転移より高温側で存在すること、超流動の抑圧(量子相転移)とHeの弾性的性質に相関があることを明らかにした。(5)グラファイト表面に吸着した単原子層固体^4He超流動的挙動を詳細に調べ、超流動成分に振動速度依存性が存在することを初めて明確に示した。(6)直径50nmの1次元細孔が規則正しく配列した、ポーラスアルミナに圧入した^4Heの超流動をねじれ振り子により観測した。以上(1)-(6)の成果はいずれも初めて見出された現象であり、ヘリウムナノ構造が「スーパークリーン・ボース系」としての普遍性・創発性を持つことが、本研究により示された。

  • Research Products

    (49 results)

All 2010 2009 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (47 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Simultaneous Measurements of an Ultrasound and a Torsional Oscillator for Pressurized 4He in a Nanoporous Glass2010

    • Author(s)
      Toshiaki Kobayashi, Ayanori Saito, Junko Taniguchi, Masaru Suzuki, Keiya Shirahama
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics Vol.158

      Pages: 250-255

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 周期的ナノ構造中ヘリウム4の超音波測定2010

    • Author(s)
      白浜圭也
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] ナノ多孔質ガラスに吸着した固体4He薄膜の超流動的挙動2010

    • Author(s)
      小暮隆行
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] ポーラスアルミナのナノボアアレイ中^4Heの超流動2010

    • Author(s)
      村川智
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] ナノ多孔質Gelsilガラス中^4Heの超流動の強い抑制2010

    • Author(s)
      斉藤順倫, 小林利章, 谷口淳子, 鈴木勝, 白濱圭也
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] グラファイト表面上の2次元^4He固体における非古典的回転慣性2010

    • Author(s)
      柴山義行, 福山寛^A, 白浜圭也
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-22
  • [Presentation] 非接触領域における極低温ナノスケール摩擦・トンネル電流の測定2010

    • Author(s)
      齋藤広大
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      2010-03-21
  • [Presentation] Supersolid-like behaviors in thin solid 4He films adsorbed on a nanoporous glass2010

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      American Physical Societ yMarch Meeting
    • Place of Presentation
      Portland, USA
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] Towards a New Physics of Nanoscale Helium2010

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Superfluidity of ^4He Confined in One-dimensional Channel under Pressure2010

    • Author(s)
      Masaru Suzuki
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Non-Classical Rotational Inertia in Two-Dimensional ^4He Solid on Graphite2010

    • Author(s)
      Yoshiyuki Shibayama
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Supersolid Behaviors in Thin Solid ^4He Films Adsorbed on Nanoporous Media2010

    • Author(s)
      Takayuki Kogure
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Torsional Oscillator Study for 4He Growth on Graphite2010

    • Author(s)
      Aaron Koga
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Mechanical Response of 4He films Adsorbed on Graphite with a Quartz Tuning Fork2010

    • Author(s)
      Hajime Kobayashi
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Path integral calculation of 4He in quasi-one-dimensional channels2010

    • Author(s)
      Hajime Kiriyama
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Superfluid 4He in a Porous-Alumina Nanopore Array2010

    • Author(s)
      Satoshi Murakawa
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Quantum Superfluid Transition of 4He Confined in a Regular Nanoporous Structure2010

    • Author(s)
      Naoki Yamanaka
    • Organizer
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials (PSM2010)
    • Place of Presentation
      浜銀ホール(横浜市)
    • Year and Date
      2010-03-09
  • [Presentation] Supersolid behaviors in thin ^4He rods and films in nanoporous media2010

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      物性研究所短期研究会
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所
    • Year and Date
      2010-03-06
  • [Presentation] グラファイト表面上の2次元固体^4Heにおける固体の超流動2010

    • Author(s)
      柴山義行
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-09
  • [Presentation] ナノ多孔質ガラスに吸着した固体^4He薄膜の超固体的挙動2010

    • Author(s)
      小暮隆行
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-09
  • [Presentation] ナノ多孔体中ヘリウムの量子現象2010

    • Author(s)
      白濱圭也
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-08
  • [Presentation] 1次元ナノ多孔体中加圧下^4Heの相図2010

    • Author(s)
      谷口淳子
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量争相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-08
  • [Presentation] 多孔質ガラス中ヘリウムの超流動2010

    • Author(s)
      鈴木勝
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-08
  • [Presentation] 固体ヘリウムの超流動:最近の研究のレビュー2010

    • Author(s)
      白濱圭也
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-08
  • [Presentation] 極低温走査プローブ顕微鏡によるナノスケール摩擦の研究2010

    • Author(s)
      齋藤広大
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] ポーラスアルミナのナノボアアレイ中^4Heの超流動2010

    • Author(s)
      東野羅磨
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] 規則的ナノ多孔体に閉じこめた^4Heの超音波実験2010

    • Author(s)
      山中直樹
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] Torsional oscillator study for growth of solid ^4He on Graphite2010

    • Author(s)
      Aaron Koga
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] 擬一次元^4He系の経路積分モンテカルロシミュレーション2010

    • Author(s)
      桐山肇
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する親しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] 音叉型水晶によるグラファイト基板上Heのスリップ現象の観測2010

    • Author(s)
      出浦健一
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] 1次元ナノ多孔体中加圧下液体^4Heの比熱測定2010

    • Author(s)
      藤井里菜
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A02班研究会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] Physics of Nano-scale Helium Liquid and Solid2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Korea- Japan solid helium workshop 2009
    • Place of Presentation
      韓国科学技術院(KAIST)
    • Year and Date
      2009-12-21
  • [Presentation] Non-Classical Rotational Inertia in Two-Dimensional 4He Solid Prepared on Graphite Substrate2009

    • Author(s)
      Yoshiyuki Shibayama
    • Organizer
      Korea- Japan solid helium workshop 2009
    • Place of Presentation
      韓国科学技術院(KAIST)
    • Year and Date
      2009-12-21
  • [Presentation] ヘリウムナノ構造における局在BEC状態と超固体的挙動2009

    • Author(s)
      白濱圭也
    • Organizer
      第3回物性科学領域横断研究会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2009-12-01
  • [Presentation] 非接触領域における極低温ナノスケール摩擦の研究2009

    • Author(s)
      齋藤広大, 柴山義行, 白濱圭也
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2009-09-26
  • [Presentation] 1次元ナノ多孔体中加圧下液体^4Heの比熱測定II2009

    • Author(s)
      谷口淳子、鈴木勝
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2009-09-26
  • [Presentation] Torsional Oscillator Study for Solid 4He Growth on Graphite2009

    • Author(s)
      Aaron Koga, Yoshiyuki Shibayama, Keiya Shirahama
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-11
  • [Presentation] Path Integral Calculation of He-4 in One-Dimensional Channel Model2009

    • Author(s)
      H.Kiriyama, M.Suzuki
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-11
  • [Presentation] Torsional Oscillator Studies of Non-Classical Rotational Inertia in Two-Dimensional 4He Solid2009

    • Author(s)
      Yoshiyuki Shibayama, Keiya Shirahama
    • Organizer
      Intemational Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-08
  • [Presentation] Heat Capacity Measurement of Liquid 4He Confined in FSM2009

    • Author(s)
      J.Taniguchi, M.Suzuki
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-08
  • [Presentation] Anomalous Effect of Surface Condition of Nano-Porous Glass on Superfluidity for Confined 4He2009

    • Author(s)
      J.Taniguchi, M.Suzuki
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-08
  • [Presentation] Superfluidity of 4He Confined in a Regular Nanoporous Material2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Intemational Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-08
  • [Presentation] 4He in Nanoporous Media : QPT, LBEC and Possible Supersolidity2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-07
  • [Presentation] Nano scale friction on a superconductor surface by lowtemperature scanning probe microscopy2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids 2009 (QFS2009)
    • Place of Presentation
      Northwestern University, Evanston, USA
    • Year and Date
      2009-08-07
  • [Presentation] Supersolid behaviors in 4He confined in nanoporous media2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Supersolids Banff 2009
    • Place of Presentation
      Banff Centre, Banff, Canada
    • Year and Date
      2009-08-02
  • [Presentation] Torsional oscillator studies of NCRI in 2-dimensional solid 4He solid2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Supersolids Banff 2009
    • Place of Presentation
      Banff Centre, Banff, Canada
    • Year and Date
      2009-08-02
  • [Presentation] Torsional oscillator study for solid 4He growth on graphite2009

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Supersolids Banff 2009
    • Place of Presentation
      Banff Centre, Banff, Canada
    • Year and Date
      2009-08-02
  • [Presentation] Novel Quantum Effects of 4He Confined in Nano-Porous Media2009

    • Author(s)
      白濱圭也
    • Organizer
      科学研究費特定領域研究「スーパークリーンで実現する新しい量子相の物理」A03,A04班合同研究会
    • Place of Presentation
      ホテル箱根パウエル
    • Year and Date
      2009-04-19
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.superclean-materials.org/

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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