| 研究概要 |
本研究は、液体ヘリウム表面上に形成された2次元原子状水素気体の超流動状態を、同じ液面に共存させた2次元電子の移動度を使って研究することを目的としている。これまでに原子状水素と電子を共存させると水素原子への電子付着反応がおこるため密度の減少がおこり、系が不安定であることがわかっていた。平成16年度は電子付着反応のメカニズムを明らかにし、できるだけ反応がおこらなくなるような条件を見つけることに主眼をおいた研究を行い、水素原子と電子の2次元共存系を安定化することに成功した。以下、研究内容について述べる。
水素マイナスイオンのふたつの電子はスピンシングレットである。したがって強い磁場で水素原子の電子と液面電子のスピンを同じ向きにそろえると電子付着反応がおこりにくくなることが予想される。私たちはスピン偏極効果を調べるために電子付着反応速度の磁場依存性を最大11Tまで測定した。予想通り反応速度は磁場で抑制され、共存系の寿命を10000倍程度も長くすることができた。定量的な測定により、速度係数が磁場の2乗に反比例することがわかった。水素原子の超微細状態のうち電子スピンが反対を向いている成分を微少に含む固有状態が電子との反応に寄与しているというモデルで実験結果を説明できた。この成果をふたつの国際会議(QFS2004,ISSP-9)で公表した。
さらに電子と水素原子の相互作用を調べるために、磁場中の電子付着反応速度の温度依存性を測定した。速度係数が温度を下げると緩やかではあるが大きくなる珍しい反応であることがわかった。これをうまく説明するモデルを得るまでには至っていないが、電子の周りの電場が水素原子の電気双極子を誘起することが原因ではないかと考えている。
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