【物理】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…東京大学

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

低密度の液体ってなんだ、わからんｗ

ヘリウム3そのものを集められるの？

月にかわって聞きたい

これならガフの部屋が開く・・・

>>2
【技術】1リットルでもわずか2グラム　東大が最も低密度な液体の生成に成功 [12/21]
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1356070803/

俺も2次元空間に閉じ込めてくれ

>>6
すでにお前のいる世界が２次元なんだよ

わからない
ガンダムに例えて

ヘリウムは品切れで量産化無理です

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。

つまり月にはむかし川があったってことだろ

木星から大量に持って帰れるようになるの？

>>8
後のミノフスキー粒子である。

＞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。

西遊記で言う所の、須弥山の周りにある『何物も浮かぶ事の出来ない水:淡水(?)』の事かな

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？

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。

>>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

純粋水爆の研究
順調に進んでいるようだねｗｗｗｗ

この調子ならあと１０年で基礎理論完成しそうだ

なるほど良くわかった

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。

>>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。

核融合発電の反応源の本命はヘリウム3でいいの？

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

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

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。

>>8
ガンダムの燃料。

ヘリウムさん（笑）。

>>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

つまりいったいどういうことだってばよ？

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

>>30
空気のように軽い液体

相転移をごくミクロで観察すれば「気体でも液体でもない」、「液体でも個体でもない」
って状態が見られるはずだ。

>>33
観察者の観察対象に対する影響がうんたらかんたら

どんなメリットがあるの？
水筒が軽くなるの？

ヘリウム4＝哀川翔の声
ヘリウム3＝さかなクンの声。

って事で おＫ？

あやしい液体ヘリウムさん

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？

>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？

二次元ってどういうこと？
あずにゃんとチュッチュできますか？

>>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

最近ヘリウム３よく見るな

ヘリウム3欲しいです
今はヘリウム4でも良いけど

>>21
ヲイヲイ。
朝鮮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？

二次元ヘリウムさん萌え〜！！

佐藤 大輔??

>>1
で？

これはロシュミット定数を用いれるのかな？

>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

>>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

ほんで、核融合に役立ちそう？

>>24
あー見た見たそんな感じ
月に回収船だそうよ

dayona

ヘリウム3ってヘリウムと何が違うの？

>>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。

>>54
中性子が1個少ない

>>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

これってノーベル賞もらえますかね？

>>30
すごく高い声が出る

>>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

>>60
有難う見てみます

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

ヘリウムもんでもあるまいし

何かに応用できそうか？

そもそもヘリウム３って糞高い事は知ってるが何処が生産してて何処の会社が販売してるのかサッパリ不明。

そういやヘリウム3てどこから採取してんだ？
地中から産出するのって、放射性物質由来のヘリウム4だけだよね

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

うん
この話題は、ここの板こそふさわしいよな

>>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。

木星で沢山とれる
ミノフスキー粒子と混ぜると高エネルギーが発生する
それを精製するエンジンをミノフスキードライブという

よく分からないんだけど、これは圧力かけても気体のように縮んだりしないの？
大抵の液体のように、圧力かけても殆ど縮まないなら、用途はありそう
高価すぎて無理かな

>>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

だよな、だからジュピトリスで取りに行くんだよな。

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

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

>>66
月

>>75
STMで原子1個ずつ並べる

ヘリウムさん？

あるサイト見たら、月面上には５０万トンのヘリウム３が積もってると予測されてるらしい。
だとしたら、将来、中国が領有権主張しそうだね。

>>79
・・・既にしてる

>>24
うろ覚え、な

メカゴジラの燃料

>>44
朝鮮人朝鮮人うるせぇな、殺すぞ

>>74
水素原子以外は摂動法なんだが・・・

うう・・財布の中身が超流動

原理が分かってないんだｗ

原理わかってなくて実用化されてるものなんていくらでもあるぞ
一番身近なものだと麻酔とか

>>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。

>>85
それ、羨ましすぎ、
無制限でカネを使えるじゃんwww

>>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

低次元な研究だなｗ

ヘリウム3って、トリチウムのベータ崩壊でできるんかな？
それとも核破砕？

>>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

ランダウ歓喜ｗ

>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

なんだよ、表面張力で分散を防げるような一般用語としての"液体"じゃねーのかよ。

「自然界で最も低密度の液体」の証明は？

あー、たけしの番組の駄法螺は忘れてしまえ
番組内で言っていること自体が矛盾だらけだったろうが

>>97

だなwww
月にHe3が大量にあることなんてみんな知っとるわwwww

ガンダムの燃料は
お腹に炉があって
ガラ袋に入ったヘリウム３をスコップで炉にいれて
燃やす

>>83
通報しますた。

おまいらも修行すれば屁からヘリウム３算出できるようになるかもしれないぞ

>>90
原子の周りの電子はマイナス電極だから、お互いに反発する。
それゆえに、有る程度の距離で釣り合う。その密度がヘリウム３が密度
が低く集合すると言うことかな。自由に動いているんだろうけども。
たとえば、床に人の足がめり込まないのもマイナス電極による反発が
あるからだよ。そのバランス力と密度の関係じゃないのかな。

>>25
まじでー
そんなのどうやって捕まえるの

>>96
最も軽い気体は水素
次にヘリウム

水素は絶対に液体にならないので、液体ヘリウムが一番軽い

>>104
H2Aの燃料は？