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超低温(1mK以下)の超流動^3He中での核整列状態の固体^3Heの結晶成長(融解過程を含む)の研究は、核整列固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)固体^3Heにおける結晶成長:超低温(1mK以下)で、1mmΦの円筒容器内で、超流動^3Heからの核整列固体^3Heの結晶成長と融解についての実験を行った。結晶成長の機構はファセット面が螺旋転位を伴って成長し、ステップの移動速度を決めているのは超流動^3Heの対破壊速度が律速になっていることを結論した。一方、融解はラフな面の融解機構によって決り、核整列固体中のマグノンと融解界面の散乱が散逸を決めているように思われる。今後、下記の磁気映像法(MRI)と組み合わせて超低温での精密な結晶成長機構を調べる。
(2)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温度に依存しなくなり、量子トンネル現象で起こることを見い出した。
(3)特殊な環境下での結晶成長の問題である凍上現象を超流動^4Heを用いて研究した。固体ヘリウムの凍上面での凍上の散逸機構の模型を提唱し、実験データを解析した。
(4)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映像化した。2次元画像の空間分解能は10ミクロンである。
(5)上記のMRIとの関連で、核整列固体^3Heの非線形領域でのスピンダイナミクスを調べ、スピンの一様モードがSuhl不安定性によって急激に緩和することを解明した。
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