L 極低温量子物性研究室研究室て可能にする．また現象の解析や理解には熱・統計力学，電磁気学，量子力学など随所で適用する必要があり，大変興味ある総合実験物理である．超低温の分野では名古屋大学は国際的にもっとも進んだ研究を行ってきた大学の一つである．修了者は他大学に就職したり，会社やその研究所の新しい領域で活躍している．１．１次元ナノ多孔体中の4Heボースおよび3Heフェルミ量子流体同位元素で単原子分子の4Heと3Heは，高温ではほとんど同じ性質を持つ．しかし極低温ではそれぞれボースおよびフェルミ粒子の量子特性を顕著に反映した凝縮相になる．バルク（３次元）の4He液体は約 2 K以下で超流動に相転移し， 3 He液体はフェルミ縮退したあと数mK以下でP波超流動に転移する．これらの超流動では，相転移の臨界現象の理論の検証や，時間に依存した相転移（いわば４次元）での Kibble-Zurek機構のシュミレーションが行われている．また平らな固体表面上に吸着した4Heの液体薄膜では典型的な２次元Kosterlitz-Thouless超流動転移を示す．これら４次元から２次元の4Heボース液体に加え，我々は新しく１次元の4Heボース液体を創り出す研究を行っている．これまでに多孔体（FSM-16）に形成された直径が約 1.8ナノ・メートルの真っ直ぐにのびたトンネル中に4Heを吸着して，このボース液体を実現した．１次元の場合は３次元の常識が単純には当てはまらない．例えば１次元ガスの場合は絶対零度までボース凝縮を起こさない計算になる．このような 1 次元トンネル中に実際に作られた 1 次元4He ボース液体で， 2 次元や 3 次元のものとは異なる特徴を示す新しいタイプの超流動が低温で発達することが，我々の系統的な実験研究によってわかってきた．従来 1 次元では超流動はないと信じられてきたが，最近の平島大教授（S 研究室）らの理論では有限長のトンネル中で 1 次元超流動が存在することが示されてきており，現在検証研究を進め和田信雄教授 * 和田信雄　教授　Nobuo Wada, Prof. 三浦裕一　准教授　Yuichi Miura, Assoc. Prof. 松下　琢　助教　Taku Matsushita, Assist. Prof. 10 32K以上の世界の始まりの温度から現在の宇宙の温度（約 3 K）への冷却の過程では，いくつもの相転移を経て，ある種の秩序相である現在の世界があるといわれている．一方，約300Kの地球上に住む我々は 1 mK （10−3 K）以下の極・超低温を定常的に作ることを可能にしてきた．また原子ガスや核スピン系については，アイデアに富んだ手法で 1μK（10−6 K）や 1 nK（10−9 K）の程度の温度も実現されている．当研究室では極低温および超低温環境をつくりだし，この極限環境ではじめて実現する4He と3Heの量子凝縮相や，物質科学において次々と創り出される新規磁性体や電子系物質などの量子物性を研究している. 現在我々は， 4 台の小型3He/4He希釈冷凍機（最低温度約40mK）と大型希釈冷凍機（最低温度約10mK），また 3 He冷凍機（約0.4K）などを用いて極低温を実現している．さらにサブmKの超低温を定常的に作り出すために，核断熱消磁冷凍装置も開発する予定である．現在，中心となる比熱や帯磁率などの熱力学的測定に加え，ねじれ振り子や水晶振動子，NMRなどの測定技術も駆使し，以下にあげる様な研究を行っている．極低温および超低温実験では微少な電気信号の検出や精密測定を，電気，機械，コンピュータの技術を駆使し動についても，高周波数の振動が可能な水晶振動子を用いて，動的効果という新しい側面から超流動発現に関わる量子渦の微視的状態などを解明する研究を行っている．３．有機反強磁性体の量子磁性・フラストレーションを持つ磁性体の基底状態我々は数十mKまでの比熱や磁化率などの物性計測を行えるようにしている．そして学内外のグループが創り出した多種・多様な新物質について極低温での物性研究を行っている．スピンが幾何学的な理由等でエネルギーを最低にする方向がとれないとき（フラストレーション）や配置が低次元的であると，スピン方向の秩序化が起きず量子力学でしか記述できない基底状態が現れる可能性がある．阿波賀邦夫教授（物質理学専攻）のグループが開発したm-MPYNN有機反強磁性体では，我々は30mKまでの比熱や磁化率測定を行い，強い量子効果で基底スピン状態が非磁性状態になった 2 次元スピン・ギャップ状態を発見した．更にこの量子基底状態のミクロな機構を解明するために，我々は筑波にあるKEKや英国のRALにある理研の実験施設を利用してμ+SRの実験も行った．そしてこの微視的手段でも非磁性状態を確認し，さらにS= 1 のダイマースピン内での量子ゆらぎを観測した．最近では磁場中の基底状態について重要な知見を与える磁化プラトーを交流帯磁率測定により観測した．また反強磁性ボンド交替鎖F5PNNにおいては，磁性と格子の競合による極低温の構造相転移や，二量体の鎖がつくる磁場誘起磁気秩序について大阪府立大学と共同研究を行っている．我々の帯磁率測定において鎖間相互作用による三次元磁気秩序に先行して起きる一次元短距離秩序が明らかになった．これらの磁気秩序はそれぞれ Magnonのボース凝縮，朝永-Luttinger液体として記述できる可能性があり，研究をさらに進めている．三浦裕一准教授ている． 1 次元のフェルミ流体についても 1 次元多孔体中に3He を吸着することで実現する研究を行っている．３次元の 3 He液体は極低温で典型的なフェルミ液体であるが， 1 次元トンネル中では 1 次元系特有の朝永-Luttinger液体という量子液体やSDW状態などになると期待されており，比熱やNMRを用いた実験研究を進めている．２．種々の次元性を持つ量子流体薄膜２次元的に吸着されたHe薄膜がナノスケールの細孔中では実際には１次元性を示す．このように吸着薄膜を用いれば，吸着基盤の構造によってさまざまな次元性を持つ量子流体を実現することが可能である．我々は同孔径の細孔で細孔の接続環境だけを代え，薄膜量子流体4Heの比熱や超流動密度の次元性に依存する部分だけを取り出す試みを行っている．次元性の違いは，たとえば超流動発現の機構の違いとして観測されている．また，従来型の平面に吸着された 2 次元薄膜4Heの超流 http://ult.phys.nagoya-u.ac.jp/ *連絡先　[email protected]　FAX 052-789-2888 教授：1／准教授：1／講師：0／助教：1／ DC：0／ MC：6 松下琢助教 44 L研所属の学生とスタッフ 45