超流動ヘリウムにおける量子流体力学と量子乱流の理論的および数値的研究
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20J23131
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022)
Osaka City University (2020-2021) |
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Principal Investigator |
乾 聡介 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 超流動ヘリウム４ / 量子渦 / 一流体拡張模型 / 量子流体力学 / 超流動 / 格子ボルツマン法 / 超流動ヘリウム4 / 熱対向流 / 局所量子渦タングル / 量子乱流 |
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| Outline of Research at the Start |
超流動ヘリウム4において「量子渦」と「熱流」によって引き起こされる多様な現象を理解することが本研究の目的である。「量子渦」は渦芯の周りの流れの速さを示す値（循環）がいつも一定の値を示す特殊な渦である。その量子渦が絡まりあった構造を量子渦タングルを呼び、古典乱流の問題を解き明かす糸口の一つとして長年研究されている。
超流動ヘリウム４は非粘性の超流体と粘性のある常流体によって構成され、「熱」はそれぞれの流体を逆方向に駆動し、量子渦は「かき混ぜ」られて量子渦タングルに成長する。この成長過程およびタングルの構造を研究する事で、より深い乱流現象への理解に繋がると考える。
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| Outline of Annual Research Achievements |
超流動ヘリウム４における様々な現象は従来、二流体模型と呼ばれる模型で説明されてきた。それは有限温度の超流動を粘性の無い「超流体」成分と粘性のある「常流体」成分で構成されていると考えるものであり、超流動性を現象論的に議論することを可能にする。二流体模型は広く受け入れられている模型であるが、超流動性を説明する唯一の模型では無い。我々はもう一つの模型である「一流体拡張模型」に基づいた超流動ヘリウム４の数値計算手法（二次元系）の確立を進め、達成することができた。その数値計算手法を用い幾つかの特徴的な超流体の運動を再現することに成功した。それらの結果や二流体模型から予期される結果との比較を国内学会及び国際学会において発表した。一流体拡張模型は国内の量子流体分野ではまだあまり周知されていない模型ではあるが、我々の発表を通してこの模型のメリットや物理的なモチベーション等を伝えることができたと考えている。その結果として学生優秀発表賞（領域６）の受賞につながったと考えられる。数値計算手法の詳細や物理的背景は学位論文（英文）で発表し、超流動現象を探る新たな手法として広く提示することができると考えている。本研究をまとめた学術論文は現在執筆中であり、次年度からの所属先で完成を急ぎ、査読付き論文として近日中に発表予定である。従来の手法では数値計算が困難かつ一流体拡張模型が有用と考えられる現象（熱流が重要な役割を果たす現象）が近年、実験において複数報告されており、それらの数値計算を本格的に実行するための下準備が本研究で概ね確立したと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
