液体ヘリウム表面上ウィグナー電子結晶のダイナミクス

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440102
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 白濱 圭也 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (70251486)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴山 義行 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (20327688)
• Keywords: ウィグナー結晶 / 2次元電子系 / 非線型伝導 / 液体ヘリウム

Research Abstract

本研究は、液体ヘリウム表面に形成される2次元ウィグナー電子結晶のダイナミクスを実験的に調べるものである。ヘリウム表面上の電子結晶は、鉛直磁場中で強い非線形伝導を示す。この現象は結晶電子が、自分自身で液面に形成する「へこみ」から集団的に飛び出す「スライディング」現象として解釈される。電子結晶のスライディング運動という興味深い現象に対する系統的な理解を得ることを目的として、新しいパルス電圧を利用した実験手法、および局所伝導度測定法を開発して、結晶の非線形ダイナミクスを調べた。
前年度は、全く新しい方法として、時間の2乗に比例して変化する電圧パルスを印可することで、時間に比例して変化する駆動力を結晶に与え、その応答を観測することに成功した。これはいわば物体の滑り摩擦の実験を電子結晶に対して行うことに相当し、結晶のダイナミクスに関する深い知見をもたらす。本年度は、この時間2乗パルスの実験を広範な条件下で系統的に進めた。その結果、正弦波交流、台形パルス、時間2乗パルスに対して、全て共通の「電圧の時間変化率」があるしきい値を越えた時にスライディング現象が観測されることが明らかになった。これはスライディング現象が真に外力の大きさ(Stress)のみにより引き起こされ、外力の履歴や結晶のひずみ(Strain)には関係しないことを明確に結論するもので、非線形ダイナミクスの理論・モデルに一定の制約を与える重要な成果である。これらの研究成果を2001年7月にドイツ・コンスタンツ大学で開催された「量子液体・固体に関する国際会議」で発表し、また短報論文として出版した。現在長論文を執筆中である。
また、上の研究と並行して、3重コルビノ電極を用いた局所伝導度測定、および液体ヘリウム4にヘリウム3を添加することで表面張力を減少させたときのスライディング現象の変化を観測する実験を行っている。

Research Products

• [Publications] Y.Shibaya, M.Yamazaki, H.Isshiki, K.Shirahama: "Sliding Dynamics of the Wigner Crystal on Liquid He"Journal of Low Temperature Physics. 126. 487-492 (2002)
• [Publications] 白濱圭也: "ヘリウム3がつくる2次元量子流体(現代物理最前線)"共立出版株式会社. 70 (2002)