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量子モンテカルロ法による新しい量子状態の探索

研究課題

研究課題/領域番号 18043010
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関福井大学

研究代表者

高木 丈夫  福井大学, 工学研究科, 准教授 (00206723)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2007年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2006年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード低次元系 / ヘリウム / 経路積分 / ボーズ粒子 / 超流動 / サイズ効果 / 数値計算 / 量子モンテカルロ / ヘリウム4 / ヘリウム3 / 二次元系 / 制限された空間 / ボーズ凝縮 / 渦 / Binderパラメター
研究概要

数値計算技法のひとつである経路積分量子モンテカルロ法を用いて、ナノスケールの半径を持つケージ中に数個のヘリウム4原子を閉じ込め、幾何形状に起因する粒子交換の影響を調べた。まず、ケージの表面を鏡面とし吸着ポテンシャルを無視したモデルを提案した。これは、制限された空間では運動エネルギーの効果が大きく、吸着ポテンシャルが粒子交換に与える影響は小さいと考えられることによる。一方で、粒子間ポテンシャルは厳密に取り入れ剛体芯に起因する幾何学的フラストレーション効果を取り入れた。その結果ケージが十分狭く、粒子数が4個のとき、粒子は正四面体の頂点位置に配置して、粒子交換が起こらずにボーズ統計性を示さなくなることが理解され、論文にまとめた。
回転する円筒状エアロジェル中の超流動ヘリウム3B相の織目構造を計算した。これにより、エアロジェル中においてもフレアアウト状のn-ベクトル構造が存在し、それに伴う核磁気共鳴信号が得られていることが判明した。さらにこの信号を解析することで、エアロジェルの異方性が秩序状態に強く影響を与えていることが理解され、成果を論文にした。
グラファイト上に吸着されたヘリウム原子が作る構造を、経路積分量子モンテカルロ法を用いて解析した。Binderパラメターを利用してサイズ効果を観測することで、吸着第二層目の融解温度を決定したところ、実験とよく合う値が得られた。また、第二層目の安定な配置構造を提案した。この結果については、現在論文を作成中である。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Path Integral Calculation of 4He in Zero-Dimensional Nanocage Model2008

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

      J. Phys. Soc. Jpn. 77

      ページ: 3608-3614

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Fluid Dynamics of Rotating Superfluid 3He in Aerogel2008

    • 著者名/発表者名
      T.Kunimatsu
    • 雑誌名

      J. Low Temp. Phys. 150

      ページ: 435-444

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 狭い円筒容器での超流動3He-A相の渦状態2008

    • 著者名/発表者名
      高木 丈夫
    • 学会等名
      日本物理学会第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学
    • 年月日
      2008-03-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 円筒容器内の超流動ヘリウム3Aにおける織目構造の転移2008

    • 著者名/発表者名
      泉名 健
    • 学会等名
      日本物理学会第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学
    • 年月日
      2008-03-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 超流動ヘリウム3A相の一本の量子渦のダイナミクス2008

    • 著者名/発表者名
      石黒 亮輔
    • 学会等名
      日本物理学会第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学
    • 年月日
      2008-03-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Stability of 4/7 Phase on the Graphite2007

    • 著者名/発表者名
      T. Takagi
    • 学会等名
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
    • 発表場所
      長良川国際会議場
    • 年月日
      2007-11-01
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Multi-Vorticity State of Superfluid 3He in a Narrow Cylinder2007

    • 著者名/発表者名
      T. Takagi
    • 学会等名
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
    • 発表場所
      長良川国際会議場
    • 年月日
      2007-10-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Single Vortex Measurement on the Penetration of Vortex into a Narrow Cylinder of 3He-A2007

    • 著者名/発表者名
      K. Izumina
    • 学会等名
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
    • 発表場所
      長良川国際会議場
    • 年月日
      2007-10-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Observation of Vortices in Superfluid 3He-A in a Single Narrow Cylinder under High Speed Rotation2007

    • 著者名/発表者名
      R. Ishiguro
    • 学会等名
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
    • 発表場所
      長良川国際会議場
    • 年月日
      2007-10-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 高速回転下における超流動ヘリウム3A相2007

    • 著者名/発表者名
      泉名 健
    • 学会等名
      日本物理学会第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 回転によって駆動されるヘリウム3A相の量子渦の運動2007

    • 著者名/発表者名
      石黒 亮輔
    • 学会等名
      日本物理学会第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] グラファイト上の吸着ヘリウム2層目4/7相の構造2007

    • 著者名/発表者名
      高木 丈夫
    • 学会等名
      日本物理学会第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-22
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 複数の球殻中の4Heの経路積分モンテカルロシミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      中村 康信
    • 学会等名
      日本物理学会第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-22
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2018-03-28  

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