2021 Fiscal Year Research-status Report
水晶マイクロバランスによる3He固体膜と4He固体膜の力学応答の研究
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21K03463
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
鈴木 勝 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20196869)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | He膜 / グラファイト / 水晶マイクロバランス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
吸着膜のすべり運動は潤滑の原子・分子スケールの理解に重要でありナノトライボロジーの研究分野のひとつとして発展している。一方，吸着膜のすべり運動の研究の中で，グラファイト基板に吸着した3He膜と4He膜は特異な地位を占める。3He膜と4He膜は，ともに揺らぎの大きな低次元の量子物質であり，ある程度の面密度の4He膜は，4He膜上部の液相が超流動となる。本研究の目的は，グラファイト基板に吸着したHe膜のすべり運動を測定し，すべり運動での量子効果についての知見を得ようとするものである。
令和３年度は，32kHz音叉型水晶振動子に圧着した単結晶を発泡したグラファイト基板上の3He-4He膜の力学応答を測定した。実験では，グラファイトの粒径が大きくなる発泡した単結晶を利用することでHe膜のすべる割合が大きくすること，また音叉型水晶振動子を利用することで，He膜のすべりを高感度に測定する工夫を行った。
測定の結果，超流動膜の上部に浮かぶ3He膜の力学応答として次のことが明らかになった。(1)3He膜は，基板振幅が小さい振幅ではグラファイト基板に固着し，振幅を増加させるすべりが起こり，さらに振幅を増加させると再び固着する。(2)大振幅の固着状態は準安定状態であり，振幅を現象させると，固着状態とすべり状態を2回繰り返して安定状態の固着する。これらの測定結果は，3He-4He膜の構造が基板振動によりさまざまに変化することを示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要の記載したように，令和３年度は32kHz音叉型水晶振動子上のグラファイト基板に吸着した3He-4He膜の力学応答を測定し，3He-4He膜の構造が基板振動によりさまざまに変化することを明らかにした。この結果の一部は，学会で報告しており、これにより（2）おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，すべり運動での量子効果についての知見を得ることを目標に，純粋な4He膜と試料として選び，液相膜，不整合固体膜，4/7 整合膜の力学的応答の比較を行う。4He 固体膜4/7 整合相は，低面密度側は液体相，高密度側は不整合固体膜に接する。4/7 整合相が古典的な吸着膜として振舞うならば，これら３相の中で最もピン止めの強さが強く，すべり量が小さなると期待さえる。
その後，4/7 整合膜の温度依存性について測定する。古典的な整合相では低温では吸着原子の熱運動が小なることからピン止めが強くなり，すべり量が減少することが期待される。
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| Causes of Carryover |
令和３年度のはじめに3He-4He膜の力学応答を測定し，興味深い実結果が得られたので実験装置や実験セルなどの変更を行わず実験を継続した。このために次年度への繰り越しが生じた。
3He-4He膜の力学応答については一定の研究成果が得られたので，令和４年度は4He膜の力学応答における量子効果について実験を進める予定であり，令和３年度に予定したいた実験装置や実験セルなどの変更を今後行う予定である。
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