作者:Yuichi Okuda 来源:《新物理学期刊》 发布时间:2012-12-17 14:12:50
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零重力下生长氦晶体获得成功
 
据物理学家组织网12月13日(北京时间)报道,最近,日本物理学家在研究零重力条件下晶体生长的过程中,突破了实验室条件限制,在飞机上用氦-4超流液生成了长达10毫米的氦晶体,检验了氦晶体在更宽广条件下生长的特殊动力学,这是普通材料无法实现的。相关论文发表在当日的《新物理学杂志》上。
 
该氦晶体是利用高压,在0.6K(约零下272℃)的极低温度下,以超流液泼溅的方式生长出来。超流液是一种量子态物质,其性质像液体但黏度为零,所以在高压下也能畅通无阻。超流液能流过极微小的缝隙而没有任何摩擦阻力。
 
晶体生长过程也叫“奥斯特瓦尔德熟化”(Ostwald ripening),即在溶液中,较小的结晶会溶解并再次沉积到较大的结晶上。“奥斯特瓦尔德熟化通常是一种很慢的过程,短时间内在较大晶体中几乎无法看到。”论文领导作者、东京工业大学教授野村龙司(音译)说,“对于普通的传统晶体,要形成最后的固定形状可能要花几千年。而低温氦晶体1秒钟就能达到它们的最终形状。一般氦晶体生长超过1毫米时,就会由于重力的作用而变形,这也是我们为何要在飞机上做该实验的原因。”
 
当飞机以特殊轨迹,也就是沿抛物线飞行时,飞机上的重力为零。研究人员与日本航空研究开发机构(JAXA)合作,在一架小型喷气式飞机上进行了实验。该飞机能提供20秒的零重力条件,在一次两小时的飞行中,大约能做8个实验。
 
他们在飞机上设计了一个专用的小冰箱,上面装有窗口以观察晶体形成。他们把一块较大的氦晶体放在高压室中,用声波将其击碎成微小颗粒,然后泼入氦-4超流液,较小颗粒融解其中,较大的则迅速生长,很快形成一个10毫米长的独立晶体。
 
“氦晶体能极快地从超流液中生长出来,因为氦原子是由非常灵敏迅捷的超流液携带,结晶过程不受任何阻碍。这是一种研究晶体形成基本问题的理想材料,因为结晶速度极快。”龙司说。这项研究有助于人们理解晶体生长背后的基本物理机制,也揭示了隐藏在重力下面的一些现象。(来源:科技日报 常丽君)
 
 
 
 
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