2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06014
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
村川 智 東京大学, 低温センター, 准教授 (90432004)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 低温物性 / 物性実験 / 量子凝縮系 / 超流動 / ヘリウム3 / 表面状態 / トポロジカル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は初年度に当たるため、最終目的である超流動ヘリウム3の表面状態の研究のための実験を行うための準備期間であった。
本研究では超低温で黒体輻射の方法によりさまざまな角度に準粒子ビームを作成することが実験の根幹であるが、その作成に必要な温度計とヒーターに用いる音叉型水晶振動子の共鳴線の温度及び圧力依存性を確認した。主に測定では共鳴周波数と共鳴線幅を調べ、室温における圧力依存性では、両パラメーターともに圧力の低いところでは空気の粘性および密度を反映した圧力変化を取ることを確認することができた。また、真空中で77Kの低温にしても動作することを確認した。特に音叉型水晶振動子が温度計として使われる際に重要な特質である共鳴線幅の細さに関しては、悪化することが無かったため、低温での使用に耐えうることを確認した。
また、準粒子ビームをさまざまな角度で打ち込む方法に関して、3次元プリンタで模型を作成し、問題点の洗い出しを行った。当初の計画では準粒子の放出孔は2重スリットであったが、ビームの形が一定にならないため、スリットの片方を多数の穴にすることにした。このことで、ビームの形を一定にすることに成功した。一方、ビームの入射角は連続的ではなく不連続にはなったが、入射角は18個程度用意できるため本研究課題の目的である量子アンドレーエフ反射率の角度依存性を検出するには充分である。
冷凍機の改良は、従来までのものでは作業に著しい困難があり、最低温度以下の部分の拡張性が乏しかったが、今年度の整備により作業が容易になり、実験空間の拡大や核断熱消磁冷凍機の建設が可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
希釈冷凍機の立ち上げのための作業に他との調整のため遅れが生じている。しかし、現在までに必要な大掛かりな作業は終了したため、次年度の早い時期に希釈冷凍機を立ち上げ、冷凍能力のテストを行うことはできるようになった。
一方、黒体輻射実験セルの設計は3次元プリンタで模型を作ることで、問題点を割り出し、デザインの変更を行い、よりよいものになっている。また、超低温真空中で動作するステッピングモーターのメーカーおよび型番の選定も進んでいる。温度計およびヒーターで用いる予定である音叉型水晶振動子の動作確認を、真空中及び窒素温度までのテストを行うことができている。そのためセルの作成としては、検討を要する部分の各パーツの問題点はクリアになり、具体的に設計・製作を行う準備は整った。
また、実験試料であるヘリウム3の準備も済んでいる。
以上、総合的に判断して進捗はやや遅れているものの、次年度以降において本格的に研究が進むための下地は整っていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、希釈冷凍機の立ち上げを行い、冷却能力のテストを実施する。そののち、テスト実験を行うための冷凍機の改良も行いつつ、核断熱消磁冷凍に耐えうるか検証し、建設もしくは共同利用の選択の検討を行う。
黒体輻射実験セルは具体的な設計に入る。また、選定した超低温高真空で動作するステッピングモーターのテストを行い、セルに組み込む。実験セルは希釈冷凍機で動作チェックを行い、超低温での実験の際のヒーターや温度計の測定条件を定める。
前述のとおり、建設した核断熱消磁冷凍機もしくは共同利用先の核断熱消磁冷凍機に黒体輻射セルを搭載し、ヘリウム3の表面状態の研究を開始する。まずは、先行実験と同じく散乱条件が鏡面的である自由表面を表面として選択する。準粒子の表面に対する入射角度の浅いもので先行実験との比較を行い、測定の正当性を確認する。そののちに、入射角度の深いものから始めさまざまな角度で準粒子を表面に打ち込み、量子アンドレーエフ反射の角度依存性を探る。
そののち、表面状態が拡散的散乱条件である通常の壁を表面とした測定を行い、表面分散関係がコーン型から変化していくのを確認する。
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