2022 Fiscal Year Research-status Report
固体ヘリウムを用いたトポロジカル欠陥のダイナミクスに関する実験的研究
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20K03839
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| Research Institution | Ashikaga University |
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Principal Investigator |
高橋 大輔 足利大学, 工学部, 教授 (80415215)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子固体 / 転位 / 低温技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体ヘリウム4内の転位は有限温度において動的運動を行うが，降温に伴い，固体内のヘリウム3原子が転位にピン止めされることで，動的運動が抑制される。この過程によって，固体のマクロな合成率が上昇することが実験的，理論的にほぼ明らかになっている。これに対して，私を含む研究グループは定常回転下における固体ヘリウム4の弾性率測定において，臨界せん断応力（ピン止め保持力に対応）が印加された固体ヘリウム4に僅かな圧縮応力が加わることで，せん断弾性率が上昇する様子を観測した。この変化は圧縮応力による新奇な転位のダイナミクスの発現である可能性がある。本研究は，固体ヘリウム4の圧縮応力下のせん断弾性率を測定することで，固体ヘリウム4内の転位運動を検証し，制限空間内のトポロジカル欠陥の動的性質解明につなげることを目的で実施している。
令和4年度は，令和3年度に問題が生じた極低温環境の改善に取り組み，実験着手を目的として実施した。これに関しては，一部改善が進んだものの，極低温冷凍機の主たる排気ラインに不具合が生じたことで，大幅な改修を余儀なくされた。現時点ではおおむね修繕は完了しており，1K冷凍機の連続運用に目途が立った。また，極低温環境生成のための装置開発に着手している。
当該研究課題の主たる問題であるトポロジカル欠陥のダイナミクスについて，当該研究で対象としてる固体ヘリウム内とは異なる環境ではあるが，清浄な究極液体である超流動ヘリウム4中における量子渦核生成の臨界速度についての考察が完了できた。量子渦核生成については，固体中の転位同様，量子渦自体が巨視的量子状態としての超流動ヘリウムのトポロジカル欠陥として捉えられることより，本研究と関連する成果としてあげられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度中に令和3年度生じたGM冷凍機のリーク箇所についての修繕等を行いつつ，極低温環境の整備を終了することを最優先課題として研究に着手した。GM冷凍機周りの修繕は完了したが，極低温冷凍機の主配管に不具合が生じたため，こちらの修繕に時間がかかっているのが現状である。測定用の試料容器，冷凍機運用のためのガス操作盤等は準備が完了していることから，冷凍機運用の目途を早期に確立するのが必要となる。当該問題箇所に関しては，改修に必要な要素が令和4年度中におおむね用意できたことから，現在，作業を進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は極低温環境における実験を遂行し，おおむね400mKまでの極低温環境下における量子固体中の転位運動について実験と考察を完了したい。
令和5年度は，冷凍機主配管の改修を最優先として，実験に移行できるように取り組む次第である。
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| Causes of Carryover |
冷凍機主配管におけるリーク箇所が発覚しため，これを修繕するために予算を確保していたが，設計に時間を要し，令和4年度中の修繕部品発注に遅れが生じたために，次年度使用額が生じた。これについては，発注準備がほぼ完了していることより，早急な予算消化が実施される。
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Research Products
(1 results)
