Study on Vortex Lattice in Superfluid 3He-A phase with Rotating Cryostat

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05169
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松原 明 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00229519)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高木 丈夫 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (00206723) ; 上野 智弘 京都大学, 医学研究科, 助教 (10379034)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 超流動ヘリウム３ / 量子渦 / 第2音波 / NMRMRI

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，回転させた異方的超流動3He-A相に生じる量子渦の観測を目的としている。特に，量子渦が作る格子（渦格子）の観測を行い，量子渦の構造や散逸メカニズム等についての知見を得たいと考えて研究を開始した。そのために回転冷凍機システムと測定系の構築と試料セルの作成，テスト等を行うべく作業を行ってきた。一昨年度希釈冷凍機システムで真空ジャケットの漏れが，また3He-4He混合ガス循環系にトラブルが発生した。真空ジャケットの漏れに関してはInシールを用いた治具を製作して対処した。希釈冷凍機の循環系のトラブルでは，3He-4He 混合気体に4He気体が混入したため希釈冷凍機の単ショット運転で分留作業を行った。
これらの後，希釈冷凍機として稼働できる状態を達成した。無回転時の最低到達温度は約9 mKで，3He-4He混合気体の循環量は200 μmol/s，冷凍能力は100 mKにおいて100 μWを達成した。その上で回転下での希釈冷凍機としての性能を評価した。回転速度は無回転から毎秒1回転までの範囲で行った。その結果，回転時には回転系のコントローラからのノイズによる影響で低温部に希釈冷凍機の制御用ヒーターのラインを通して多大な熱が侵入し，最低到達温度が30 mKを越えた。そのため，回転コントローラー及び希釈冷凍機制御ヒーターのラインに強力なフィルターを入れ，発熱を抑えることに成功した。その状況でも回転時には最低到達温度の上昇が見られたが，13 mK程度までで抑えることができた。回転時，無回転時の最低到達温度がいずれも10 mK前後となったことから，無回転時に核断熱消磁冷却の予冷を行い，核断熱消磁冷却を開始後に希釈冷凍機を回転させれば問題なく冷却できることが判明した。その上で核断熱消磁冷却用の核ステージの準備を開始した。
これらにより、核断熱消磁可能な回転希釈冷凍機を完成させた。