2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on vortex concentration and enhanced vortex growth in superfluid helium
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17K18761
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
矢野 英雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70231652)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 低温物性 / 超流体 / 量子渦 / 超流動流 / 量子渦集中 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超流動ヘリウムの回転流に新たな流れを加えることで発生する、新奇な渦の状態を研究する。最近の我々の研究から、量子渦を付着させた物体を動かすことで、粘性のない超流動ヘリウムでも流れを駆動できることを明らかにしてきた。この研究成果をもとに、量子渦が付着した物体を回転させることで超流動ヘリウムに回転流を駆動し、その流れを制御することで量子渦集中を実現する。これまでの研究実績は以下のとおりである。
１．ヘリウムが超流動となる絶対温度２Ｋ以下で動作するモーターを開発した。超流動ヘリウム中で回転させることにより、超流動ヘリウムの回転流を駆動することに成功した。さらに、超流動ヘリウム回転流の軸に沿って吸い込み流を発生させることで、量子渦集中による巨大渦の生成に成功した。
２．量子渦を検出するために第２音波発生・検出装置を開発した。第２音波の発生には、サブミクロンの多数の孔をもつニュクリポア膜を振動させる。孔の中の常流動成分は粘性のために膜とともに振動するのに対し、超流動成分は振動しない。この現象を利用することで第２音波発生器と検出器を製作し、第２音波の定在波の生成・検出に成功した。
３．ピエゾ振動素子を利用した第１音波発生・検出装置を開発した。この装置で第１音波定在波の作成を試みたが、定在波は立たなかった。そこで第１音波パルス波の発生装置に改良し、そのパルス波の検出に成功した。この装置でモーターが駆動する回転流の音波速度を測定することで回転流速を求め、モーターの回転速度より回転流速が遅いことを明らかにした。
４．第２音波の減衰により量子渦密度を測定し、超流動巨大渦では渦中心に量子渦が集中することを明らかにした。これは巨大渦における量子渦の構造を初めて明らかにした研究成果であり、超流動流れ場における量子渦制御と流れ場の構造を探る新たな研究を開拓するものである。
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