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ZYXグラファイトに吸着した単原子層流体ヘリウム3の2次元量子物性

研究課題

研究課題/領域番号 15340113
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関東京大学

研究代表者

福山 寛  東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (00181298)

研究分担者 神原 浩  東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (00313198)
研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
16,600千円 (直接経費: 16,600千円)
2004年度: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円)
2003年度: 9,300千円 (直接経費: 9,300千円)
キーワード量子液体 / 強相関 / 低次元系 / フェルミ液体 / 核磁気共鳴 / フラストレーション / 超流動 / 核磁性 / 比熱
研究概要

グラファイト表面を^4Heで単原子層プレコートした上に物理吸着した単原子層^3Heの比熱と帯磁率を広い面密度および温度範囲で測定し、2次元面フェルミオン系の強相関効果を調べた。その結果、面密度によってこれまで知られていなかった新奇な量子流体相を含む4つの異なる状態が実現し、この系が多彩な量子相図をもつことが判明した。
低密度域(領域I)では準粒子有効質量が裸の質量の10倍程度まで増強し、低温の性質はフェルミ流体論でよく記述できる。しかし、下地に整合な4/7相の密度(6.9nm^<-2>)が近づくと比熱や帯磁率の振る舞いはフェルミ流体論から逸脱し、スピンと運動の自由度が分離したかのような新奇な量子状態が出現することが分かった(領域II)。領域IからIIへの移り変わりは連続的で対称性の変化はない。本研究では、この領域IIを4/7相(モット相)に零点空格子点(ホール)がドープされた新しい量子流体相と捉える独創的な提案をした。面密度をさらに増すと比熱も帯磁率も大きな密度変化を見せない領域(III)がしばらく続き、8.3nm^<-2>以上で強磁性相との2相共存領域(IV)が現れる。領域IIIもIIとは性質の異なる新たな量子相である可能性が高い。その流動性が上層にpromoteした流体相からの寄与なのか過剰粒子がドープされた4/7相の性質なのかを解明することは今後の重要課題である。
4/7相の磁気基底状態についてギャップレス量子スピン液体という我々のかねてよりの主張を裏付ける結果が得られただけでなく、以上の全ての密度領域において0.07mKまでの低温でスピンギャップの存在を示すような比熱や帯磁率の減少は観測されなかった。これは、最近の3角格子上ハバードモデルによる経路積分繰り込み群の計算の結果と一致しており、フラストレーションのある強相関フェルミオン系の一般的性質と考えられる。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (15件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] Heat capacities of the anomalous fluid phase in two-dimensional ^3He2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 271-276

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of ^4He substitution on low temperature heat capacities of 2D ^3He adsorbed on graphite2005

    • 著者名/発表者名
      D.Tsuji
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 277-282

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR Measurements of a Possible New Quantum Phase in 2D ^3He2005

    • 著者名/発表者名
      H.Akisato
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 265-270

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Scanning tunneling microscopy and spectroscopy studies of graphite edges2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Niimi
    • 雑誌名

      Applied Surface Science 241

      ページ: 43-48

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Heat capacities of the anomalous fluid phase in two-dimensional ^3He2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, D.Tsuji, S.Murakawa, H.Akisato, H.Kambara Physics, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 271-276

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of ^4He substitution on low temperature heat capacities of 2D ^3He adsorbed on graphite2005

    • 著者名/発表者名
      D.Tsuji, Y.Matsumoto, S.Murakawa, H.Akisato, H.Kambara Physics, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 277-282

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR Measurements of a Possible New Quantum Phase in 2D ^3He2005

    • 著者名/発表者名
      H.Akisato, S.Murakawa, Y.Matsumoto, D.Tsuji, H.Kambara Physics, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 265-270

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Scanning funneling microscopy and spectroscopy studies of graphite edges2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Niimi, T.Matsui, H.Kambara, K.Tagami, M.Tsukada, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      Applied Surface Science 241

      ページ: 43-48

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Heat capacities of the anomalous fluid phase in two-dimensional ^3He2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138・1/2(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of ^4He substitution on low temperature heat capacities of 2D ^3He adsorbed on graphite2005

    • 著者名/発表者名
      D.Tsuji
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138・1/2(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] NMR Measurements of a Possible New Quantum Phase in 2D ^3He2005

    • 著者名/発表者名
      H.Akisato
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138・1/2(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] NMR measurements of 2D ^3He adsorbed on ZYX exfoliated graphite2004

    • 著者名/発表者名
      S.Murakawa
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 134

      ページ: 109-114

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR measurements of 2D ^3He adsorbed on ZYX exfoliated graphite2004

    • 著者名/発表者名
      S.Murakawa, H.Akisato, Y.Matsumoto, D.Tsuji, H.Kambara physics, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 134

      ページ: 109-114

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Characterization of ZYX graphite for studies of monolayer ^3He below 1 mK2003

    • 著者名/発表者名
      Y.Niimi
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 74

      ページ: 4448-4452

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Characterization of ZYX graphite for studies of monolayer ^3He below 1 mk2003

    • 著者名/発表者名
      Y.Niimi, S.Murakawa, Y.Matsumoto, K.Honkura, H.Kambara, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 74

      ページ: 4448-4452

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Niimi: "Characterization of ZYX exfoliated graphite for studies of monolayer ^3He below 1 mK"Review of Scientific Instruments. 74. 4448-4452 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] D.Tsuji: "Large mass enhancement in ^3He monolayer fluids adsorbed on graphite preplated with ^4He"Journal of Low Temperature Physics. 134. 31-36 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Matsumoto: "Preliminary heat-capacity measurements of 2D solid ^3He adsorbed on graphite preplated with ^4He"Journal of Low Temperature Physics. 134. 61-66 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Murakawa: "NMR measurements of 2D^3He adsorbed on ZYX exfoliated graphite"Journal of Low Temperature Physics. 134. 109-114 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2020-05-15  

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