音響屈折率の補正の必要ない第4音波法によるヘリウム3の研究

• Project/Area Number: 09740292
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 松原 明 大阪市立大学, 理学部, 助手 (00229519)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1998: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 1997: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 第4音波 / 音響屈折率 / 超流動ヘリウム4 / 超流動ヘリウム3

Research Abstract

本研究では、昨年度より音響屈折率の補正を用いない第4音波の測定用セルとして、直線的な隙間を持ったセルとして細い金属ワイヤーを詰めたセルと、平面的な隙間を持ったセルとして薄いマイラーのシートを大きさのそろった微粒子をスペーサーにして重ねたものを考案し、超流動ヘリウム4を用いた第4音波の測定を行ってきた。マイラーシートを用いた平面的なセルは重ねたマイラーシートの端面処理に困難があり、きれいなシグナルは得られなかった。一方細い金属ワイヤーを用いたセルは、ステンレスの細線(直径8μm)をプレスしたもので測定を行い、基本モードから第6高調波までのシグナルと観測することができた。しかし各モードごとの共鳴周波数から求めた音速が互いに一致せず、高いモードになるにつれて一定の音速に近づく傾向がみられた。特に超流動ヘリウム3で必要となる基本モードと第2高調波のずれが大きく、それぞれ5%と2%ずれていた。また高次のモードから求めた音速は現在知られているヘリウム4の第4音波の音速とほぼ一致する結果を得た。
本年度は金属ワイヤーのセルでの音速のモード依存性を解明すべく、実験的にセルの長さや試料取込用の穴の位置などのパラメータがモード依存性に与える影響について調べるとともに、音波の共鳴の条件についてコンピュータで計算をして、実験の結果と比較検討した。その結果、セルの長さを短くして共鳴周波数を高くすることで、音速のずれがかなり良くなることがわかった。これは高いモードになるにつれて一定の音速に近づく結果と一致している。また、試料取込用の穴の位置を中央に開けているため偶数次のモードに大きな影響が現れており、穴の影響はいずれも共鳴周波数が高くなる形で現れる。
穴の位置を他の位置に変えると、基本モードも影響を受けるため好ましくない。以上の点からいずれにせよ試料取込用の穴が大きな影響を与えることがわかったため、穴の影響を受けにくい構造を考案する必要がでてきた。そこで細いガラスの管を数多く束ねたものを用いるセルを考案したが、第4音波を測定できる段階には達していない。