2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Quantum Phenomenon Appeared with Structural Control in 2D Quantum Solids
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16K05432
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
森下 將史 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90251032)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子流体・量子固体 / ヘリウム / 規則的制限空間 / ディラク粒子系 / １次元フェルミ流体 / 吸着構造 / domain wall / 水晶マイクロバランス法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラファイト表面に吸着した4He単原子層固相薄膜に、3Heを少量混入して観測された異常な熱容量の解釈として、吸着構造のdomain wallのみが流動性をもち、3Heはこの中を運動し、1次元Fermi流体や2次元Dirac粒子として振る舞っている可能性を提案している。即ち、原子サイズで規則的な制限空間に閉じ込められた3Heが特異な振る舞いを示している可能性が高い。直接的な観測として、水晶振動子を用いた動的応答測定による流動性の検証を試みている。4He薄膜において、10 K程度の温度でヘリウム薄膜は吸着基盤の振動には追随しない。これは摩擦が小さいためにslip現象が生じているものと理解されている。即ち、ヘリウム薄膜の質量は吸着基盤から離脱している。ここから冷却していく過程で、数100 mKで質量結合、数10 mKで質量再結合を生じ、昇温の過程では逆の過程をたどる。数100 mKでの変化は、domain wallの超流動転移により、slipに対し超流動対向流が生じ、slipによる質量離脱が抑制されているものと考えることができる。数10 mKでの変化については、その起源は明らかになっていない。
一方、動的応答測定に用いている音叉型水晶振動子は周囲の気体の圧力により、共鳴周波数やQ値が変化する。特に1 K程度以下の低温ではQ値が100万程度になるため、極めて鋭敏に反応する。従来、圧力測定には静電容量型の変位圧力計が用いられていたが、装置のサイズや扱い易さが高感度化の妨げとなっていた。水晶振動子を低温下におけるin situの圧力計として利用できるかを実際に調べたところ、圧力を Δp/pが0.01程度と高分解能で測定できる上、共鳴周波数やQ値の圧力依存性も流体力学や気体運動論に基づき定量的に説明でき、高感度、高信頼度の圧力計が実現できることが明らかとなった。
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