宇宙&物理2chまとめ【物理】東大がヘリウム3の単原子層膜が自然界で最も低密度の液体に自己凝縮することを発見

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【物理】東大がヘリウム3の単原子層膜が自然界で最も低密度の液体に自己凝縮することを発見

[ 2012/12/27 23:50 ] [ 物理 ] [ コメント(6) ]
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1: ● ◆SWAKITIxxM @すわきちφφ ★ 2012/12/24(月) 13:41:55.07 ID:??? BE:539302853-2BP(1056)

発表者
福山 寛(東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 教授)
佐藤 大輔(日本学術振興会 特別研究員)

発表のポイント

どのような成果を出したのか

2次元空間に閉じ込めたヘリウム3の単原子層膜が、絶対零度まで10分の1度以下から千分の2度に至る超低温で、
自然界で最も低密度の液体に自己凝縮することを発見した。


新規性
基底状態が気体となることが理論的に予測されていた唯一の物質である2次元ヘリウム3が、
非常に低密度の液体ではあるが、液化することが実験的に分かった。

社会的意義/将来の展望
量子多体系に対する従来の理論計算に再考を促し、その発展を促すインパクトがある。
量子系の気相 ― 液相転移の制御パラメータに次元性が加わったことで、
自然界に存在する多様な量子流体のより深い理解に寄与する。

(重さに関する抜粋)
これを3次元の質量密度に換算するとわずか 0.002 g/cm3 となり、
これまで自然界で知られるもっとも低密度の液体水素(H2)の1/30と桁違いに小さい。
2次元ヘリウム3は超低温度で、ほとんど気体といってよいほど希薄で
束縛力の弱い量子液体に液化することが分かった。

東京大学
http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2012/44.html

Physical Review Letters
Observation of Self-Binding in Monolayer 3He
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i23/e235306

※依頼がありました。
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1355754323/30
© By NASA Goddard Photo and Video
元スレ:http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1356324115/








2: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 13:42:51.04 ID:pQnzId5N

低密度の液体ってなんだ、わからんw


39: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 15:06:14.28 ID:GdbLsYmK

>> 2次元空間に閉じ込めたヘリウム3の単原子層膜

これはどういう意味でしょ?
原子を平面に1個づつ並べれば2次元空間に閉じこめたと言えるの?


41: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 15:09:26.90 ID:9wOGZz29

>>39
電子軌道が平面で回っているので2次元空間と等しい状態って事


10: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 13:50:03.84 ID:O12+Geq6

先日のたけしの超常現象でもやってた。
月には豊富にあってアメリカが狙ってるとか。


14: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:00:16.72 ID:Cd2zq8Fs

>これまで自然界で知られるもっとも低密度の液体水素(H2)の1/30と桁違いに小さい。
たかが30倍だけの差なら、実験に必要だった科研費次第では商業化も見込めますね。


16: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:02:04.66 ID:bXIJbii5

気体でなく液体になったって
二次元空間に閉じ込めてるのに気化しうるの?


18: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:04:04.15 ID:bXIJbii5

>>16 あー逆だった
気体の温度を冷やしていったら(気体のままでなく)液体になったのか


22: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:07:23.77 ID:Cd2zq8Fs

>>16
高圧低温(どれくらい?)のままなら準安定状態(有限時間)だけど、
ヘリウム3は液体状態を保つ。


17: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:02:27.61 ID:yHRzxD4C

ヘリウム3なんて高価なものを扱えるなんてさすが東大ですな。


21: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:07:19.09 ID:+UyXKXLG

ミリケルビンのヘリウム3の単原子層膜がどんな役に立つんだよ。
ミリケルビンとかいってる段階で商業化は無理だろ。


44: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 15:42:20.09 ID:XwPP1q9A

>>21
ヲイヲイ。
朝◯人みたいなこと言ってるなよ。

>自然界に存在する多様な量子流体のより深い理解に寄与する

って言ってんじゃん。
基礎科学の発展に寄与するってことは、大変なことなんだぜ?


23: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:10:07.05 ID:rh0x+OcI

核融合発電の反応源の本命はヘリウム3でいいの?

ヘリウム3 - Wikipedia
重水素とヘリウム3との核融合はそのクーロン障壁が高いため、核融合炉としての実現が比較的容易であると考えられているD-T反応による質量偏差をも上回る。またヘリウム3は三重水素と異なり非放射性であり、かつD-3He反応は中性子が発生しないため、比較的扱いやすいとされている。(同時に起こるD-D反応により少量の中性子は生成する。)



29: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:13:43.84 ID:9wOGZz29

>>23
重水素とヘリウム3を用いた核融合反応で得た
高エネルギーで動いているのがミノフスキー・イヨネスコ型熱核反応炉


24: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:10:23.77 ID:FPV1G5CN

たけしの番組で
未来のエネルギーで
放射能を出さないクリーンなエネルギーで
月に大量にありアメリカがひた隠しにしていたが
ハリウッドで映画化されバレてしまい
今現在に至ると聞きますた

うるおぼえだけどw


25: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:11:00.15 ID:ZxSTLgY9

ヘリウム3って超流動だよな
表面張力が大きいからビーカーに入れても
壁面を登っていくんだよな


26: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:11:07.25 ID:yHRzxD4C

こんなの基礎研究の最たるものだから、商業化なんて誰も考えてないだろね。
東大が好きな科学的・哲学的思考をするための予算がより多くもらえるように
なるんだよ。


30: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:16:27.64 ID:qDt9dTsc

つまりいったいどういうことだってばよ?


32: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:22:17.53 ID:pQnzId5N

>>30
空気のように軽い液体


31: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:20:36.17 ID:1x8Wd2vL

ヘリウム3を三リットル集めるとが一グラムぐらいじゃねーかな


35: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:35:09.69 ID:XTcv+JPa

どんなメリットがあるの?
水筒が軽くなるの?


38: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 14:58:00.31 ID:IjahXtPW

この研究にコストがいくらかかって、
それがどのような形でいつまでに回収できるのかね?


42: 忍法帖【Lv=2,xxxP】(1+0:8) 2012/12/24(月) 15:33:13.42 ID:Sii3OMRr

最近ヘリウム3よく見るな


49: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 16:29:50.74 ID:77yiw2tM

>これを3次元の質量密度に換算するとわずか 0.002 g/cm3 となり、

二次元なのに、3次元の密度って意味あるのか?

厚さをどう見積もるかなんだが


50: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 16:40:32.52 ID:Y39sL7y2

>>49
平均粒子間距離が通常の3次元の液体の場合と比べて3倍以上だから
換算すると0.002g/cm3になると書いてある


57: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 19:02:42.36 ID:77yiw2tM

>>50
やっぱりそれか

そんな換算、意味ねーじゃん

それに、液体になった理由も、2次元に閉じ込めるための他の物質との相互作用の余波
だとしたら、理論と違っても不思議はないし


54: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 18:48:38.46 ID:XQ31Ayxd

ヘリウム3ってヘリウムと何が違うの?


90: 名無しのひみつ 2012/12/25(火) 12:10:38.38 ID:4HmlVXtp

>>54
原子ってのは中心に質量(いわゆる重さみたいなもの)のほとんどを占める原子核があって、
その周りを軽い電子が回っている
そして原子核はプラスの電荷を持つ陽子と、ほぼ同じ質量だが電荷を持たない中性子の
2種類の粒子からできていて、この陽子の数でその原子の種類が決まる
例えば陽子が1個なら水素、2個ならヘリウム、6個なら炭素、26個なら鉄・・・という具合

で、通常のヘリウムの原子核は陽子2個と中性子2個からできていて「ヘリウム4」と呼ばれるんだが、
中には中性子が1個足りなくて陽子2個と中性子1個からできているものがある
これが「ヘリウム3」と呼ばれるもの
陽子の数が同じだから同じヘリウムではあるが、中性子の数が1個足りないのでその分軽い
ヘリウム4なら陽子ほぼ4個分の質量があるけどヘリウム3は陽子3個分の質量しかないからね

ちなみに電子の数は陽子の数と同じなので、ヘリウム3もヘリウム4も電子数は2個で変わらない


55: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 18:57:50.93 ID:pR09syAC

>>1 基底状態が気体となることが理論的に予測されていた

通常、理論的な予想は正しいんだがどこに問題が。
上は知らないけど予想としては
量子気体は通常気体に換算して1次元低い次元の性質を持つ?
短距離力の1次元系では相転移がない(理論)。
2次元ヘリウム3は液化する温度より上で量子液体となる?よって相転移しない。
理論的予想って上の考察ではダメ?
OKとして、この実験では本当の2次元ではないよね。
壁との相互作用がヘリウム原子間の相互作用のレンジに影響を与えるか有効質量に影響を与える。
このことが相転移を可能にした、と考えるのはダメ?
理論的予想は本当の2次元なのか、壁に挟まれて制限された3次元なのか?
こんな疑問があるけど、誰か詳しく分かる人いますか。


60: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 19:17:38.55 ID:Y39sL7y2

>>55,57
そこら辺の疑問は>>1のリンク先に書いてある気がする


69: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 20:28:49.24 ID:pR09syAC

>>60
55です
実験をやった人達もグラファイトとヘリウム原子の相互作用が原因かもしれないと考えているようです。
つまり擬2次元の現象ということでしょう。
確信はできないけど、グラファイト基盤がヘリウム原子間の長距離相関作り出しているような気がします。
量子効果で2次元から1次元への次元降下があるところ、長距離力(相関)は逆に1次元上げる性質があるため、2次元に留まっていると思えますね。


72: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 20:47:22.42 ID:3AXwoQ8L

>>69
マイナビニュースには
3種類の基板で試して
同じ結果が出たと書いてあった。

その1つにヘリウム4の固体面の上がある


62: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 19:48:26.41 ID:a9q11kM/

ほう、これが実現したか。これは難しいと思ってたんだけどな
なかなかやるじゃないか


64: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 20:12:19.06 ID:w0Y6GbFM

何かに応用できそうか?


67: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 20:23:25.26 ID:bnVm6KlO

行政機関に課せられる事業評価みたいに独立行政法人である大学の業績発表にも「社会的意義」っていう項目があるんだな

だがこの研究の「社会的意義」みてもいったい何に役に立つのか理科系でも門外漢にはまったく分からないぞw
予め問題を共有してないと始まらないような説明は避けないと


74: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 21:40:49.11 ID:jMDAnYzD

Heの理論計算なんて簡単そうなのにそこにミスがあるかもってのはちょっと面白い
どの項を近似したのが問題なんだろう


84: 名無しのひみつ 2012/12/25(火) 06:58:24.37 ID:LKyAg4id

>>74
水素原子以外は摂動法なんだが・・・


93: 名無しのひみつ 2012/12/25(火) 16:19:35.14 ID:o4qC2xjv

>>84
それは知ってる
今流行の重い電子とかトポロジカルとか化学反応系とかそういったものに比べて簡単そうってこと
あぁ、でもヘリウムだと原子核だったりファンデルワールスが主要項になったりするから意外と面倒臭いのかな
He4だとボソンの面倒臭さもあるけどHe3でボソン化するはずないし…よくわからん

>>88
この理論計算ってDFT?
DFTで2次元Heってそもそも上手くいくとは思えないんだけど…
てっきりポストHFかモデル屋さんの仕事結果だと思ってた


88: 名無しのひみつ 2012/12/25(火) 09:58:43.60 ID:kYO0iQv0

>>74
DFT の流行りすぎが主な原因だろ、
あとは単なる Hartree-Fock 基底関数も6-31G(しかも意味も無い*や+を付ける)で済ましてとかw

ちなみに Heの理論計算はそれほど簡単ではないのだけど。


75: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 23:12:23.71 ID:KXm7zvni

3Heの単分子層って
どうやって形成するんだ?

水はやった事があるけど、冷却源がHe冷却機だった


77: 名無しのひみつ 2012/12/24(月) 23:43:00.36 ID:5H3UVeZW

>>75
STMで原子1個ずつ並べる


94: 名無しのひみつ 2012/12/25(火) 17:12:19.20 ID:vlVKOqIM

ランダウ歓喜w
Landau.jpg

レフ・ランダウ - Wikipedia
ロシアの理論物理学者。絶対零度近くでのヘリウムの理論的研究によってノーベル物理学賞を授与された。エフゲニー・リフシッツとの共著である『理論物理学教程』は、多くの言語に訳され、世界的にも標準的な教科書としてよく知られている。



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