Experimental study on the critical velocity of superflow in a quasi-one dimensional helium
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21K03462
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
谷口 淳子 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (70377018)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 超流動 / 低次元量子系 / 臨界速度 / 量子渦 / １次元量子系 / 朝永-ラッティンジャー液体 |
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| Outline of Research at the Start |
ナノ細孔に閉じ込めた液体4Heは，（擬）１次元系特有の超流動応答を示すことが期待され，近年，実験・理論両面から興味がもたれている．特に，バルク（３次元系）の超流動を崩壊させる素励起であるロトンが，擬１次元系では存在しないという理論予測がなされ，擬１次元系特有の素励起の解明は喫緊の課題となっている．本研究では，臨界速度（超流動が壊れる速度）が超流動を崩壊させる素励起の情報を含むことに着目し，ナノ細孔中4Heの臨界速度を実験的に調べることにより，擬１次元系特有の素励起について知見を得る．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題『擬１次元ヘリウム系における超流動の臨界速度の研究』は，１時限極限近傍の超流動の臨界速度を調べることによって，１次元系特有の量子揺らぎの効果，および素励起について知見を得ることを目的としている．本研究の開始前に，孔径を，超流動流の散逸に主要な役割を果たす量子渦の渦芯の大きさ（0.3 nm）に近づけていく過程で，臨界速度が劇的に減少することが理論的に予想されていた．一方で，実験面では，そのような孔径における超流動流の測定技術はいまだ確立されていない，という状況にあった．昨年度，配向したナノ細孔を内包する多孔質膜を利用することで，初めて孔径3 nmという小さい孔径における直流の超流動流を観測することに成功した．今年度は，超流動の測定・解析をさらに進めた．また，ナノ細孔を内包する多孔質膜中4Heの超流動の相図を明らかにすることを目的として，ねじれ振り子や水晶マイクロバランス法という異なる手法を用いた実験を平行して進めた．ナノ細孔中では，0.13 MPaにおいて1.5 Kで超流動が出現し，流速が急な上昇を示す．この上昇から，超流動流の流速は大きく見積もっても0.1 ms-1のオーダーであることが明らかになった．得られた流速は，先行研究で最も孔径の小さい6.3- nmの孔で観測された流速に比べて２桁小さく，臨界速度の孔径依存に関する理論予測を支持するものである．今年度の研究成果は，2021年８月に低温物理国際会議（LT29）でポスター発表を４件，さらに超低温物理国際会議（ULT2022）で，ポスター発表１件，口頭発表１件，日本物理学会秋季大会にて１件，発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度，初めて観測した孔径3 nmの細孔中4Heの超流動流の解析を進め，ナノ細孔中のふるまいについてさらに知見を得た．また，音叉型水晶振動子やねじれ振り子等の実験手法を組み合わせた測定を進めることにより，細孔中の超流動出現についての知見を深めることができた．また，これらの成果を国際会議，国内学会などで発表することができた．これらから，研究はおおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，行っているねじれ振り子による超流動の測定をさらに進め，加圧下における超流動の相図を明らかにする．並行して，直流の超流動流をより高精度に測定するために，低温部における測定系の改良を進め，超流動流の圧力依存を実験的に明らかにする．
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
