日本零重力条件下成功制成长达10毫米的氦晶体

  编者按：晶体生长过程也叫“奥斯特瓦尔德熟化”(Ostwaldripening)，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。通常情况下，生成氦晶体并不容易，不仅需要把液态氦-4转换为固体的冷冻温度，而且还必须将液态氦-4加压到至少25个标准大气压。此外氦晶体生长超过1毫米时，还会受到重力的作用而变形。而日本物理学家独辟蹊径，在飞机上零重力的条件下，生成长达10毫米的氦晶体，不能不说是一大突破。

　　据物理学家组织网12月13日(北京时间)报道，*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”(Ostwaldripening)，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*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*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。
 

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