2017 Fiscal Year Research-status Report
Trapping of superconducting micro-particle -- developement to the measurement of physical properties---
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17K05598
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
森脇 喜紀 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (90270470)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松島 房和 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 教授 (40142236)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 微粒子 / トラップ / レーザーアブレーション / 超流動ヘリウム / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場を用いて超伝導微粒子を空間に閉じ込め，その微粒子の物性を明らかにする。超流動ヘリウム中でバルクの試料をレーザーアブレーションすることにより，ほぼ真球の微粒子を生成することができる。超伝導状態にある微粒子を不均一磁場のゼロ磁場に生成すると，超伝導による完全反磁性により，孤立した微粒子を空間捕捉することができる。温度や微粒子のサイズを実験パラメターとして，微粒子の捕捉・脱離を調べ微粒子の様々な物性を明らかにする。このように微粒子を生成し，単独で空間捕捉し，検出・測定する手法を開発するのが本研究の目的である。
1.5Kの超流動ヘリウム中で生成したインジウム, レニウム微粒子の磁気トラップに成功し，これらの超伝導転移温度がバルクに比べてずれていることが分かっている。特にレニウムについては, バルクでの超伝導転移温度が1.7Kであるのに対して，生成した微粒子では4.2K以上が得られている。さらに，これらの微粒子に高強度のレーザー光を照射すると加熱により微粒子はトラップから離脱するが, 低強度では微粒子を照射方向へ押すことが可能となる。押す力はレーザー強度にほぼ比例しているが，光圧による力よりも遙かに大きいこと, また，押す力は超流動ヘリウムの温度や，レーザー波長に対する依存性があることが分かってきている。
レニウムでの超伝導転移温度の上昇は，これまでの他の方法による研究を大きく上回っており，その機構を解明することは物理的に重要である。また，超流動ヘリウム中で微粒子に作用する光による力は，今回初めて見つかった現象であり，その機構を明らかにすることは重要である他，この力を用いることにより，ヘリウムの物性や微粒子のサイズなどに関する情報が得られる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超流動ヘリウム中でレーザーアブレーションにより生成したインジウム, レニウム微粒子の磁気トラップに成功し，これらの超伝導転移温度がバルクに比べてずれていることが分かっている。トラップした微粒子に高強度のレーザー光を照射すると加熱により微粒子はトラップから離脱するが, 低強度では微粒子を照射方向へ押すことが可能となる。押す力はレーザー強度にほぼ比例しているが，光圧による力よりも遙かに大きいこと, また，押す力は超流動ヘリウムの温度や，レーザー波長に対する依存性があることが分かってきている。このようにトラップされてる微粒子の運動を制御する方法が発見できたことは大きな成果である。さらにこれを利用して粒子を超流動ヘリウム中で振動させ，それを解析して微粒子の大きさを求めるなどの測定技術への応用が可能となった。これらのことから上記のように判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進は3点ある。
(1) 超流動ヘリウム中で生成されたレニウム微粒子の超伝導転温度の測定 超流動ヘリウム中で生成されたレニウム微粒子の超伝導転移温度が4.2K以上であることが分かっているが，その上限温度は現在の装置の上限温度で決まっている。そこで，圧力セルなどを導入することなどにより，実験上限温度を高める。
(2) レニウム微粒子の超伝導転移温度が高くなる機構の解明 超伝導転移を測定した微粒子について電子線あるいはX線等を利用して構造解析することにより, 転移温度上昇の機構を探る。
(3) 超伝導転移温度と微粒子径の相関を測定するためのトラップされている微粒子の大きさを光学的に測定 一つには，顕微鏡などを用いて微粒子からの散乱光を観察し，その大きさを推定する方法を確立する。また一つには，ミー散乱による散乱光を測定することにより，その大きさを推定する。これらをトラップ粒子を運動させることにり，粘性などとの関係から求められる大きさや，最終的に落下させて回収した微粒子の電子顕微鏡像による大きさとの比較を行い，手法を検証する。さらに, レーザーが超伝導微粒子を押す力について，レーザー波長への依存を詳しく調べ，その力の機構を解明する。
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