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2011 Fiscal Year Annual Research Report

ナノスケール・ヘリウム物理学の構築とその応用

Research Project

Project/Area Number 21224010
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

白濱 圭也  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70251486)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 本多 謙介  山口大学, 理工学研究科, 准教授 (60334314)
柴山 義行  慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (20327688)
Keywords低温物性 / 物性実験 / ナノサイエンス / 超流動 / 量子臨界現象 / 超固体 / ジョセフソン効果 / ナノ多孔体
Research Abstract

ヘリウム4をナノ空間に閉じこめ実現される「ナノスケール・ヘリウム」における新奇量子現象を系統的に明らかにすると共に、その超流動性を自在に制御する方法を確立させ、様々な科学技術への応用研究を展開する。23年度成果概要:(1)ナノ多孔質ガラス中4Heのダイナミクスを昨年度に引き続き調べ、量子臨界点近傍で超音波吸収が温度に比例することを発見した。この結果は、系を特徴付ける緩和時間が温度に反比例するという量子臨界現象一般に期待される理論的帰結と一致する。従って、ナノスケール・ヘリウムの量子相転移が有する「普遍性」を初めて検証した。これは本研究における最大の成果の一つである。
(2)金薄膜のスパッタリングにより細孔を狭窄化したポーラスアルミナ中4Heの超流動特性を、昨年度開発した振動ワイヤー法で調べた。転移温度の低下が限られた試料でのみ見られたことから、スパッタリングによる細孔の制御は困難と判断し、加熱蒸着による方法に変更した。今のところ室温でのテストでは非常に良好な特性を得ている。(3)ポーラスアルミナ細孔内にカーボンナノチューブの生成を試み、細孔の狭窄化を確認した。ねじれ振り子で超流動特性を調べたが、今のところ期待される固体4Heの結晶成長による細孔狭窄化は観測されていない。細孔内カーボンの結晶性を高めることが課題である。(4)ナノ多孔質ガラス中液体^4Heの静電場効果について、昨年度の結果を踏まえて、より高い電場を印加できる装置を製作した。24年度に実験を行う予定である。(5)ナノ多孔体中固体4Heの超固体(固体超流動)的挙動の回転場下の振る舞いを、理化学研究所の回転希釈冷凍機で調べ、超流動特性が回転速度に対し振動的に変化する等の興味深い成果を得た。(6)グラファイト表面上固体4He薄膜の超固体挙動の測定を完了し、4/7整合相の存在との関連について考察を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ナノ多孔体中4Heの量子臨界現象の研究については、超音波実験による新たな知見が得られるなど、ほぼ当初の計画通りに進展している。また、4Heダイナミクス(固体の超流動的挙動)に関連する現象の研究では、当初予想しなかった研究の進展があった。ポーラスアルミナ中4Heの研究は試料開発において技術的問題が生じたが、現在ほぼ解決され、新たな実験を行うところであり、当初の計画に沿って進展している。

Strategy for Future Research Activity

4年目である平成24年度は、ポーラスアルミナ中4Heの研究を最重点課題として取り組んでいく。量子臨界現象の研究についてはこれまでに得られた成果を更に発展させる。結果が思わしくない実験については年度途中で方針の変更を判断し、残りの期間でこれまでの成果を発展させる方向で研究を進める。
また、多数の研究テーマにおいて、平成23年度で実験が終了し一定の成果が得られたため、研究成果のとりまとめを進めていく。

  • Research Products

    (28 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (22 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Torsional oscillator experiment on superfluid 4He confined in a porousalumina nanopore array2012

    • Author(s)
      S Murakawa, K Honda, Y Shibayama, K Shirahama, et al
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series

      Volume: (掲載決定)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Layer by Layer Growth of Solid 4He on Graphite down to 0.1 K2012

    • Author(s)
      Aaron M.Koga, Yoshiyuki Shibayama, Keiya Shirahama
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: 166 Pages: 257-267

    • DOI

      DOI:10.1007/s10909-011-0452-z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Four-dimensional XY quantum critical behavior of 4He in nanoporous media2011

    • Author(s)
      Thomas Eggel, Masaki Oshikawa, Keiya Shirahama
    • Journal Title

      Physical Review B 84, 020615 (2011)

      Volume: 84 Pages: 020515 1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.020515

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppression of Superfluidity of 4He in a Nanoporous Glass by Preplating a Kr Layer2011

    • Author(s)
      Yoshiyuki Shibayama, Keiya Shirahama
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 80 Pages: 084604 1-10

    • DOI

      10.1143/JPSJ.80.084604

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrically-Switchable, Permselective Membranes Prepared from Nano-structured N-doped DLC2011

    • Author(s)
      Kensuke Honda, Masayoshi Yoshimatsu, Koichi Kuriyama, Ryosuke Kuwabara, Hiroshi Naragino, Kosuke Yoshinaga, Takeshi Kondo, Akira Fujishima
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 20 Pages: 1110-1120

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2011.06.017

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] DC回転下における多孔質ガラス中の超固体II2012

    • Author(s)
      高橋大輔, 立木智也, 河野公俊, 白濱圭也
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] 量子臨界点近傍でのナノ多孔質ガラス中4Heの超音波測定2012

    • Author(s)
      根岸優, 岩田侑, 山中直樹, 檜枝光憲, 村川智, 柴山義行, 白濱圭也
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] 振動ワイヤー法によるポーラスアルミナナノポアアレイ中超流動4Heの研究II2012

    • Author(s)
      田中智也, 村川智, 近澤佑介, 柴山義行, 栗山孝一, 本多謙介, 白浜圭也
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] トーラス状ナノ多孔質中超固体ヘリウムのDC回転下におけるねじれ振り子測定2012

    • Author(s)
      高橋大輔、立木智也、河野公俊、白濱圭也
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるDefectsとTopology」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所
    • Year and Date
      2012-01-06
  • [Presentation] ナノスケール・ヘリウムが示す量子相転移とその応用2012

    • Author(s)
      白濱圭也
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるDefectsとTopology」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-05
  • [Presentation] ナノ多孔質ガラス中4Heの量子臨界現象の研究2012

    • Author(s)
      根岸優、白濱圭也
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるDefectsとTopology」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所
    • Year and Date
      2012-01-05
  • [Presentation] 振動ワイヤー法によるポーラスアルミナナノポアアレイ中超流動4Heの研究2012

    • Author(s)
      田中智也、村川智、白濱圭也
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるDefectsとTopology」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所
    • Year and Date
      2012-01-05
  • [Presentation] 振動ワイヤー法によるポーラスアルミナナノポアアレイ中超流動4Heの研究2011

    • Author(s)
      田中智也, 村川智, 近澤佑介, 柴山義行, 栗山孝一, 本田謙介, 白浜圭也
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] グラファイト上の2次元4He固体における超流動的振る舞いの速度依存性2011

    • Author(s)
      柴山義行, 福山寛, 白浜圭也
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] ナノ多孔質ガラス中4Heの超音波測定2011

    • Author(s)
      根岸優, 岩田侑, 山中直樹, 村川智, 柴山義行, 白濱圭也
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] DC回転下における多孔質ガラス中の超固体2011

    • Author(s)
      高橋大輔, 原野貴幸, 河野公俊, 白濱圭也
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] Nanoscale noncontact friction at low temperatures2011

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      ULT 2011 : New Frontiers of Low Temperature Physics
    • Place of Presentation
      KAIST、テジョン、韓国(招待講演)
    • Year and Date
      2011-08-20
  • [Presentation] Simultaneous measurement of NCRI and shear modulus in solid helium2011

    • Author(s)
      J.Shin, W.Choi, K.Shirahama, E.Kim
    • Organizer
      ULT 2011 : New Frontiers of Low Temperature Physics
    • Place of Presentation
      KAIST、テジョン、韓国
    • Year and Date
      2011-08-19
  • [Presentation] Supersolid in a Porous Vycor Glass under Rotation2011

    • Author(s)
      D.Takahashi, T.Harano, K.Kono, K.Shirahama
    • Organizer
      ULT 2011 : New Frontiers of Low Temperature Physics
    • Place of Presentation
      KAIST、テジョン、韓国
    • Year and Date
      2011-08-19
  • [Presentation] Supersolid Behavior and Inertial Anomalies in Solid 4He Formed in Nanoporous Media2011

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場、北京、中国(招待講演)
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Rotation Measurement of Supersolid in Nanoporous Media2011

    • Author(s)
      D.Takahashi, T.Harano, K.Kono, K.Shirahama
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場、北京、中国
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Hysteresis of Non-Classical Rotational Inertia in 2D 4He Films on Graphite2011

    • Author(s)
      Y.Shibayama, H.Fukuyama, K.Shirahama
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場、北京、中国
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Anomalous Suppression of Superfluidity for $^4$He in Gelsil Glass2011

    • Author(s)
      K.Mikami, T.Kobayashi, J.Taniguchi, M.Suzuki, K.Shirahama
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場、北京、中国
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Torsional oscillator measurements for superfluidity of $^4$He confined in a porous Alumina nanopore array2011

    • Author(s)
      S.Murakawa, Y.Chikazawa, T.Tanaka, R.Higashino, K.Yoshimura, K.Kuriyama, K.Honda, Y.Shibayama, K.Shirahama
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場、北京、中国
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Ultrasound Measurement of Confined 4He near the Quantum Critical Point2011

    • Author(s)
      Y.Negishi, Y Iwata, N.Yamanaka, S.Murakawa, Y.Shibayama, K.Shirahama
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • Place of Presentation
      北京国際会議場、北京、中国
    • Year and Date
      2011-08-11
  • [Presentation] Solid 4He in Vycor under rotation2011

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Supersolidity 2011 (International Workshop)
    • Place of Presentation
      City University of New York, New York, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-07
  • [Presentation] 4He in Nanoporous Media : Confinement and Disorder2011

    • Author(s)
      Keiya Shirahama
    • Organizer
      Disordered Systems : From Condensed-Matter Physics to Ultracold Atomic Gases
    • Place of Presentation
      Institut d'Etudes Scientifiques de Cargese (Corsica, France)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-02
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/sirahama/kiban_s/index.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

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