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無容器浮遊法は坩堝材料から試料への汚染が無いため高純度材料の研究に適しており、さまざまな浮遊法が過冷却・凝固などの実験や非接触で高融点材料の熱物性計測などに利用されている。その中でも電磁浮遊法は他の浮遊方法と比べ大きな浮遊融液を浮かす事が可能である。しかし欠点として浮遊融液の位置及び形状制御が困難であり、さらに浮遊融液内部に電磁撹拌力が働き、それが対流を発生させる原因となる。そこで、従来の電磁浮遊法に静磁場を印加する方法(重畳磁場電磁浮遊法)により対流を制御し、安定した浮遊融液を得られると期待されている。
本研究では重畳磁場電磁浮遊法を用いる事により、シリコンおよびゲルマニウムの浮遊融液の位置及び形状安定化に成功し、磁場の印加により対流が強く抑制されることを示した。ゲルマニウムには大きな過冷度を与えることが出来ず、同じ温度領域ではシリコンに比べて蒸発速度が高いために密度と熱伝導率測定の誤差が大きくなった。一方、シリコンに関しては融点以上〜過冷却領域における密度、熱伝導度を高精度で求めることが出来た。そして測定された輻射率が温度に強く依存せずほぼ一定であることを示した。その結果、密度および熱伝導度が温度に対して直線的に変化し、融点近傍での特異的な挙動が見られないこと、体膨張率が金属融液モデルと良く一致することを明らかにした。さらに、熱伝導率の温度依存性がWiedemann-Franz則による計算値に概ね一致したことから電気伝導および熱伝導の担体が自由電子であることを明らかにした。以上の結果より、少なくともシリコン融液は過冷却状態であっても金属的であることが結論付けられた。

【研究分担者】
栗林一彦	独立行政法人宇宙航空研究開発機構	宇宙科学研究本部	教授	(Kakenデータベース)
長汐晃輔	独立行政法人宇宙航空研究開発機構	宇宙科学研究本部	助手	(Kakenデータベース)