2023 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical study on quantum fluid dynamics in micro space
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23KJ1832
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
中川 朋 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)
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2023-04-25 – 2024-03-31
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| Keywords | 超流動ヘリウム4 / 量子渦 / 量子渦糸モデル / ケルビン波 / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究では微小空間中の超流動ヘリウム4量子渦のダイナミクスに関してシミュレーションを用いて研究を行った。超流動ヘリウム4では、回転の強さが一定になる量子渦のみが渦として存在を許され、系の物性に影響を及ぼしている。本研究では、超流動ヘリウム４中でプレート状の振動デバイスを用いてフロリダ大学のYoonseok Leeらのグループで行われた実験に着想を得て、実験系のモデル化及びに実験結果の解明を目指した。実験では、デバイスの振動が真空中と比べて異常に減衰することが分かった。実験系のモデル化では、振動するデバイスによって量子渦がどのように励起されるのか、全体的なダイナミクスにデバイスがどのように関わってくるのかが明らかになった。実験結果の解明については、渦の張力がデバイスの振動の減衰に寄与すると仮定したモデルを構築し、それによって、デバイスの振動によって励起された渦が振動を減衰させる方向に力を及ぼし、確かに振動は量子渦によって減衰しうることを明らかにした。このモデルはその他の実験事実にも説明を与えることに成功している。また、並行したプロジェクトとして、量子渦と帯電粒子の連立ダイナミクスのモデル化も行った。これは大阪大学の蓑輪らのグループで行われた実験に着想を得ている。彼らの実験では、帯電粒子を量子渦にトラップさせ、振動電場をかけることで、量子渦にケルビン波というヘリカルな波構造を励起させることに成功した。我々のグループではこの実験をモデル化し、確かに振動電場によってケルビン波が励起されることを確認した。
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