2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of microscopic dynamics of quantum vortex in superfluid helium
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18K13503
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
永合 祐輔 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (50623435)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超流動ヘリウムにおいて量子渦の微視的ダイナミクスを調べ、量子乱流の臨界的振舞いにおける普遍的機構を解明することを目的としており、以下に示す機械共振装置の開発および低温下超流動ヘリウム中における共振測定を行った。
光造形法により梁型の樹脂製ナノ/マイクロビーム共振器を開発した。溝壁にアンダーカット構造を施し、溝上に太さ300nm～10umオーダーの架橋ビームを作製した。そこに直接Au/Cr薄膜を蒸着することでこれを電極配線とした。しかし、光造形時の露光ブロックの段差等により電極間の導通に問題がある試料ができたため、光造形装置の加工条件の調整により、構造の改良を試みた。現在も引き続きさらなる改善に取り組んでいる。他に窒化ケイ素(SiN)を用いた梁型の架橋ナノビーム共振器も作製予定だったが、コロナ禍により外部研究機関への訪問が困難となったため、開発を見合わせることとなった。
超流動ヘリウム中で量子渦環を生成、制御するための細孔板振動子を開発した。光造形法により孔直径4～100umの細孔板を作製した。マイクロマニピュレータを導入し、サイズ1～2mmの振動板と太さ30umの細い超伝導細線を準備して、細孔板の細線への高精度な配置、接着を行なった。冷凍機内の配線などの準備を行い、予めネオジム磁石を用いた室温空気中での細孔板振動子の共振チェックを行った後、4He冷凍機を用いて、4K真空中および液体ヘリウム中で共振測定を行った。超流動中で常流動成分の粘性によるストークス抵抗を示す振舞が観測され、高振動振幅領域で量子渦生成に伴う振動の散逸を観測した。細孔から量子渦環が放出されている可能性がある。量子渦生成装置として有用な細孔板振動子の開発に成功したといえる。ただし、実際に細孔から量子渦環が放出されていることを実証するために、さらなる測定と解析が必要である。
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