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物性:ヘリウム超固体(supersolid)相と思われる観測

Nature 427, 6971 doi: 10.1038/nature02220

液体4Heを2.176Kより低い温度まで冷却すると、相転移(ボース・アインシュタイン凝縮)を起こし、粘度がゼロの超流体になる。いったんこの状態になると、原子の大きさの孔さえも散逸なしに通り抜けることができる。直感的には、超流動は液体相でだけ起こるように思えるが、理論的には、4Heの固体相でも超流動が起こると提案されてきた。量子力学的揺らぎにより、4Heの結晶性固体には、絶対零度の極限においてさえ非局在化した空孔や欠陥が存在すると予想されている。これらのゼロ点空孔があれば、原理的には固体においても超流動が起こりうる。しかし、多くの試みにもかかわらず、そのような「超固体」相はバルクの4He固体ではまだ観測されていない。今回我々は、バルクのヘリウムに比べ、より空孔の多い構造となるよう多孔性媒体に閉じこめられた固体ヘリウムを使い、それについてねじれ振動子測定を行ったので報告する。我々は、ある臨界温度より下で、閉じこめられた固体の回転慣性が急激に低下するのを認めた。この慣性低下は、超固体相への転移によると解釈するのが自然である。我々の結果が確定すれば、物質の3態(気体、液体、固体)のすべてがボース・アインシュタイン凝縮を起こしうることが示されたことになる。

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