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超低温(1mK以下)の超流動^3He中での核整列状態の個体^3Heの結晶成長(融解過程を含む)の研究は、核整列個体では固化の潜熱が非常に小さくなり、かつ液体は超流動状態であるので熱伝達および物質移動が良いので、^4Heの場合と同様に、精密な結晶成長の研究が期待される。特に、^3Heの結晶成長の興味深い問題点は、結晶成長に伴う超流動と固体^3Heの大きな磁化の差によるスピン流の影響が挙げられる。
(1)超低温での結晶成長の研究に適用可能な核磁気共鳴による磁気映像法(MRI)の技術を開発した。予備実験として希釈冷凍機で得られる数10mK温度域での^3He-^4He混合液の相分離界面の形状を精密に決定し、^3He-^4He相分離界面の界面張力と界面と試料室の接触角を決定した。2次元画像の空間分解能は10ミクロンである。^3He核スピンの磁化の空間的な回復の様子を映像化することが出来た。
(2)超低温(100μK)での^3HeにMRIを適用するための超低温生成用冷凍機の建設とMRI用スプリット型高均一度超伝導磁石を準備した。
(3)過冷却状態の超流動^4He中で固体結晶が生成する確率を過冷却度および温度の関数として測定し、超低温度では固体核形成が量子トンネル現象で起こることを見い出した。
(4)1mm径の試料容器で超流動^3Heからの結晶成長および融解について調べ、成長過程においてはファセット面の螺旋転移に伴う機構であり、融解過程ではラフな面の融解である事を見い出した。今後(1、2)と組み合わせて、光学的手法を併用して結晶化波の検出を試みる予定である。
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