Investigation of hybrid 10 mK ultra-low temperature refrigerator with nanopore heat exchanger

• Project/Area Number: 24K00826
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 齋藤 明子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, 主席研究員 (20426612)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松下 琢 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (00283458) ; 山口 明 兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (10302639) ; 檜枝 光憲 東京医科歯科大学, 教養部, 教授 (30372527)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000); Fiscal Year 2026: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2025: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 超低温 / ナノ細孔熱交換器 / フォノン光学モード / ヘリウム量子液体 / 自由度

Outline of Research at the Start

超低温を生成する技術は、量子コンピュータや医療用磁気共鳴画像診断装置等の動作に不可欠な基盤技術である。本研究では、フォノン光学モードの自由度や、ヘリウム量子液体の自由度を活用した新概念の熱交換器を統合し、磁気雑音のない小型軽量で高性能な次世代の超低温冷凍機の実現を目指す。具体的には、超低温域における細孔空間でのHe量子液体の振る舞いの学理探求に基づき、ナノ細孔を有する多孔体熱交換器や、熱交換器と超流動Heのカピッツァ界面熱抵抗低減、熱交換器多段化を追求し、コンパクトな10mK超低温冷凍機の実現を図る。これにより、希少な3He/4He使用量低減を図ると共に、量子コンピュータ技術の発展にも資する。