2018 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of microscopic dynamics of quantum vortex in superfluid helium
| Project/Area Number |
18K13503
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
永合 祐輔 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (50623435)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 低温物性 / 超流動 / 量子渦・量子乱流 / トポロジー / マイクロ・ナノデバイス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
Si基板に作製したトレンチ構造の上にカーボンナノチューブ(CNT)を架橋し、直接NbN超伝導薄膜を形成することによって架橋超伝導ナノワイヤー(scNW)機械共振器を作製した。できる限り高振幅振動を実現させるため、典型的な架橋CNTを用いた共振器に比べて十分長い直線型のscNWの作製に取り組み、直径～100nm、最大長さ～13umの架橋scNWの実現に成功した。予備実験としてscNWの電気抵抗の温度依存性を測定し、約14Kで超伝導転移を起こすことを確認した。アーチ型の架橋scNWの作製も試みたが、CNTをアーチ型に成長させることは成功したものの架橋される確率が低く、作製が非常に高難易度であることがわかった。
超流動ヘリウム中でのscNWの機械共振テストを行うため、冷凍機および配線回路の準備を行った。真鍮製のハーメチックコネクタ付フィードスルーを作製し、冷凍機内に同軸配線を増築した。また、試料台を設計・金属加工作製し、超伝導細線振動子と音叉型水晶振動子を準備した。これらの振動子は、ヘリウム液面計、配線回路や印加磁場中の動作チェック、および本実験における量子渦生成装置として用いる。液中で生成した渦環がscNWまで到達して検出できるように、各振動子とscNW基板を互いの間隔を微調整して試料台上に配置した。試料を冷凍機で温度1.3K まで冷却し、購入した高周波ロックインアンプを用いて真空中および液体ヘリウム中で各振動装置の動作テストを行った。ナノワイヤー共振器については、磁場の有無で信号の相違を観測したが、現在のところ機械共振信号の確証までは至っていない。超伝導細線振動子と音叉型水晶振動子においては正常動作確認し、液体の粘性抵抗の温度依存性および超流動転移の観測に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
scNW共振器の作製、冷凍機および配線回路の準備、および超流動中での超伝導細線振動子と音叉型水晶振動子のテスト実験までは順調に進んだが、主題であるscNW共振器の共振信号の観測にまでは至らなかった。他の振動子は正常に測定できていることから、冷凍機内の配線回路や熱アンカーの取り回しの問題はないと思われる。現在以下の可能性について考えている。1.共振周波数が予想値と大きく異なっている、もしくはQ値が非常に高いため、現状の測定精度で観測できない、2.使用したscNW基板およびソケット周りの配線接続不良、3.そもそもscNWが正常に機械的強制振動してない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
scNW共振器の機械共振信号を探索し、超流動中での共振実験を行う。現在までの進捗状況で述べた考えうる原因の解決に向けて、以下の改善を行う。1.より高分解能な発振器を用いて広範な周波数帯域で時間をかけて測定を試みる。2.基板上の配線不良に関しては、scNW基板を大量生産して、一つずつ調べることで正常動作する試料を探す。また、ソケット周りは出来る限り不要な接続部分を取り除き、シンプルな配線接続に改良する。3.本構造のscNWの超流動中の共振実験例はまだないため、先行研究の作製方法を踏襲し、CNTを用いず微細加工で作製した架橋ナノビームも同時進行で作製し、比較テスト実験を検討する。基本的にはトレンチ構造作製と同様のプロセスで作製可能である。
また、最近新たに～10MHzの高周波水晶振動子を見つけたため、この振動子の共振テストを行い、高周波領域での量子渦の生成検出実験への応用の可能性やscNW共振器との比較対象としての利用の可能性について調べる予定である。
scNW共振器を量子乱流減衰過程で放出される素励起の検出器として用いるための評価実験を検討し、フォノン生成装置として超伝導接合デバイスを準備する。超伝導接合作製は、現在進めている別のテーマ研究ですでに確立した方法を応用する。本デバイスは上記の振動子とともに簡易冷凍機で同時にテスト実験を行う。
|
| Causes of Carryover |
共同研究機関である東京大学低温センターにおいて、スペクトラムアナライザーを拝借できることになったため、当初購入予定としていたネットワークアナライザーの代わりに高周波ロックインアンプを購入することになったことと、早い段階で十分な基板試料ストックができため、当年度は予定よりも微細加工使用回数が減少したことが理由である。
次年度は、新しく基板試料を作製する可能性があるため、微細加工料および微細加工消耗品に使用予定であり、また、試料付近の配線の改良に必要な消耗品に使用する予定である。
|
