研究課題
本研究は、孔径数nmの1次元トンネル中に吸着したヘリウム3量子流体において核磁気共鳴実験で観測される低温でのスピンスピン緩和時間T2の増大等がその1次元状態に起因することを実証することで、ヘリウム3が朝永ラッティンジャー液体を実現していることを明らかにし、またその相互作用依存性を系統的に調べこの量子液体の特性を明らかにすることを目的としている。交付申請書に記載したように、これまで対照実験として同程度の孔径と吸着ポテンシャルをもつが細孔が1次元的でなく3次元的に接続されている多孔体HMM-2を用いた吸着ヘリウム３のNMR測定を行った。その結果、細孔接続の次元性のみが異なるこの細孔中では、ヘリウム3のスピンスピン緩和時間T2は低温で一定となることがわかり、T2の増大は1次元系に特有の現象であることが明らかになった。また、この3次元細孔中でのT2は吸着薄膜内でのヘリウム3間の相互作用と関連したヘリウム3の運動状態を反映したものと考えられ、細孔にコートしたヘリウム4膜厚に強く依存することが示唆された。この振る舞いは1次元系でも共通して期待されるが、1次元系では直接観測できない。そこで、30年度はこのヘリウム4膜厚依存性の系統的観測を行った。その結果、スピンスピン緩和時間はヘリウム4が超流動を起こす膜厚になると1桁程度長くなり、以後膜厚を増やすにつれ逆に短くなる振る舞いが観測された。これは当初の予想とは逆の、超流動ヘリウム4が増えるとヘリウム3の運動を阻害する、という新たな知見である。またそれに伴い、ヘリウム3間の相互作用が反強磁性から強磁性的になることが、比熱データと合わせたウィルソン比の解析から示唆された。このように、ヘリウム4コートでヘリウム3間の相互作用を実際に制御可能であることが明らかになり、1次元系のヘリウム3の系統的な実験を進める上での貴重な基礎データが得られた。
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Journal of Low Temperature Physics
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10.1007/s10909-018-02112-3
