| Project/Area Number |
21K18598
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大熊 哲 東京工業大学, 理学院, 教授 (50194105)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 超伝導渦糸 / 非平衡相転移 / 走査トンネル分光 / アモルファス膜 / ディピニング転移 / レオロジー / 臨界緩和 / 2次元粒子系 / アモルファス超伝導膜 |
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| Outline of Research at the Start |
乱れた基板上に置かれた多粒子系の, 運動によって引き起こされる秩序化や無秩序化は, 新しい非平衡現象・レオロジーの観点から注目されている。本研究は多くのパラメタを制御可能な超伝導渦糸系を実験系とし, 自然界にも広く遍在する非平衡現象や相転移の解明, 特にレオロジーへの適用を行うため, 相転移を検出する巨視的輸送測定と走査トンネル分光による渦糸の微視的配置観察を同時に実現できる装置を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
乱れたピン止めポテンシャル基板上に置かれた多粒子系の, 運動によって引き起こされる秩序化や無秩序化は, 新しい非平衡現象・レオロジーの観点から近年注目されている。本研究は, 多くのパラメタを制御でき, 理想的な2次元粒子系とみなせる超伝導渦糸系を用いて, 自然界に広く存在する非平衡現象, あるいは交流駆動による可逆不可逆転移や直流駆動による非平衡ディピニング転移といった非平衡相転移を探求すると共に, レオロジーへの適用を目指す。このために, 非平衡相転移を検出する巨視的輸送現象測定と渦糸の微視的配置を観察する走査トンネル分光を同時に実現可能な極低温高磁場走査トンネル顕微鏡の開発を進めている。これまでに測定系の構築と整備を行うことにより, 渦糸のダイナミクスを検出する4端子輸送測定と運動を凍結させた渦糸の実空間観測が可能となった。昨年度（R4年度）はこの装置を用いて, 可逆不可逆転移の制御パラメタである交流せん断振幅を変えていったときに, 終状態の渦糸配置の秩序度がどのように変化するかを調べた。その結果, 可逆相においてせん断振幅を増加させていくと, 格子性を表す配位数6 の渦糸粒子の割合が, 可逆不可逆転移点付近に向かって単調に増加することがわかった。この結果は, 可逆不可逆転移点で秩序度が最大となるという予想と一致する。これに対し, 最近巨視的輸送測定により見出した可逆相内の2つの相の存在については, 視野の渦糸数が足りず微視的配置像からは確認することができなかった。
一方, 直流の駆動力を90度交差させて印加できる交差型渦糸系を開発し, 我々がこれまでに確立させた2段階の過渡輸送測定を適用することにより, 直流の低速フロー域においてクロッギング現象の検出に成功した。実空間像による相補的情報の取得と, 直流・交流重畳によるクロッギングの制御を目指した研究へと展開する。
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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
非平衡相転移を検出する巨視的輸送測定と走査トンネル分光による渦糸の微視的配置観察を同時に実現する極低温高磁場走査トンネル顕微鏡は, 我々が知る限りこれまで例がない装置である。この装置を用いて, 可逆不可逆転移点付近で渦糸配置の秩序が最も増大する傾向を見出した。この結果は巨視的輸送測定からは予想されていたが, 本研究によってその微視的実空間像からの裏付けが初めて達成された。これは, これまでの渦糸系の実験における唯一の弱点であった「実空間に関する情報」が得られるようになったという観点から, 大きな実験的貢献ができつつあると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのところ, 走査トンネル分光装置によって得られた渦糸配置画像中の渦糸の数は, 10個×10個のオーダーにとどまっている。この程度の個数の場合, 格子性を表す配位数の情報はある程度得られるものの, 秩序度を明確に議論するために必要な低波数域の構造因子に関する十分な情報を得ることができない。そのため今年度（R5年度）は, 実験的にはより困難になるが, 観測視野内の渦糸数を1桁以上増加させた測定を試みる。これにより, 渦糸配置に関するより深い情報を得ることができる。もしこれがうまく行けば, 例えば, 可逆不可逆転移点でhyperuniformityが最大になることを予想している理論の明確な検証につながる。これは完全に乱れた配置の中からどのように秩序が生まれてくるかという, 基本的な重要問題の解明にもつながる。さらに, 最近我々が巨視的輸送測定により見出した可逆相内での2つの運動状態（相）の存在, すなわち終状態で衝突がまったく起こらないポイントリバーサル相と, どこかで衝突が起こっているループリバーサル相という2つの相の存在の確証が得られる。
一方, 昨年度（R4年度）にその手がかりが得られた直流フローのクロッギング現象に関するより明確な実験証拠を, 走査トンネル分光法を用いた渦糸の微視的配置像から得る。この実空間観察の実験と, 直流に交流の駆動力を重畳させた巨視的輸送測定の実験を行うことにより, 交流重畳によるクロッギングの軽減や流動化の制御の実現を目指す。流体の目詰まり現象は身の周りに広く遍在する現象で, その制御は, 例えばろ過や透析技術, あるいは細管（血管）中の流体の閉塞の回避といった, 産業や医療応用等の広い分野に貢献する。
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