2018 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 / マヨラナ状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は超低温で現れるヘリウム3の超流動B相の表面状態の分散関係を明らかにすることを目的としている。具体的な手法としては表面に準粒子を打ち込み、その量子アンドレーエフ反射の確率を測定することで分散関係を推定する。
測定を行うにはなによりもまずヘリウム3を超流動状態にする必要がある。その温度領域は数mKという超低温温度領域であり、それを実現するためには核断熱消磁冷凍機が必要である。核断熱消磁冷凍機は通常は十数mKの予冷状態から一回数mKの超低温状態を実現したら、それがもつエントロピーを消費しながら低温を維持する一回限りの冷却方法であり、連続して冷却することはできない。そのため、連続して冷却できるよう多段式の核断熱消磁冷凍機の開発を行った。まず必要な超伝導マグネットが作成し、その性能を確認したところ、予定通りの性能を持っていることを確認した。また、超低温では、通常の抵抗温度計などでは温度を測定することができないため、1mKまで動作するヘリウム3融解圧温度計を作成し、冷凍機に実装した。この融解圧温度計は自己校正ができることも大きな利点であり、希釈冷凍機の試運転の際に想定どおりの性能を持っていることが確認できた。
準粒子ビームを作成する黒体輻射体を含む測定セルの開発も並行して行っている。黒体輻射体は液体ヘリウム3に浸されて使用されるが、その液体ヘリウムを冷却するために測定セルには十分な表面積をもった熱交換器が必要である。その熱交換器は従来から行われている銀粉を焼結することで作成した。また、セルのデザインもより精密に測定できるように改良を行っている。デザインの変更によりより直接的に表面にさまざまな角度で準粒子ビームを入射させることができるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究に使用予定であった希釈冷凍機の試運転を行ったところ、非常にパフォーマンスが悪いことが発覚した。開発中の核断熱消磁冷凍機も希釈冷凍機が安定した性能を持っていることが前提であるため、大きな問題である。この希釈冷凍機の低パフォーマンスの原因は不明であり、既製品でもあるため、その原因の追究及び修理には多大な時間と費用のコストがかかる。そのため、現在方針を転換し、共同利用の形で既存の核断熱消磁冷凍機を利用することの検討を行っている。
セルの作成の準備はすすんでおり、作成中に若干の設計変更などを加えているが、それほど大きな遅れにはなっていないため、冷凍機の問題さえクリアすれば研究は進められると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
希釈冷凍機のトラブルのため、本研究での核断熱消磁冷凍機の開発は一時停止し、共同で使用できる冷凍機に本研究で開発した実験セルを搭載する。具体的には東京大学理学系研究科の福山研究室にある核断熱消磁冷凍機に搭載させてもらい、研究を進める。
まずはテストセルで超低温で動作するステッピングモーターの諸性能や温度計およびヒーターとして用いる音叉型水晶振動子の動作および温度計としての校正を行う。これらの試運転で得られた結果を元に最終的な実験セルの作成を行い、本測定に入る。
本測定の実験対象は超流動ヘリウムの自由表面とし、準粒子の散乱条件が鏡面散乱であるものに対して行う。最初の測定は先行実験と同様の準粒子の入射角の浅いものを行い、先行実験と比較をすることで、測定の精度の校正を行う。そののちさまざまな角度で準粒子ビームを打ち出し表面による量子アンドレーエフ反射の角度依存性を観測する。また、角度依存性だけでなくエネルギー依存性の観測もおこなう。
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