2016 Fiscal Year Annual Research Report
ヘリウム4結晶における濡れ性制御と量子トライポロジーの開拓
| Project/Area Number |
26287074
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
野村 竜司 東京工業大学, 理学院, 助教 (00323783)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 量子固体 / 超流動 / 摩擦 / トライボロジー / 濡れ / 接触角 / Cassie-Baxter状態 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平らな基板表面に小さな凸凹を付けて粗面化することにより、撥水効果が得られることは知られている。巨視的な結晶においても基板の粗面化による濡れ特性の変化が観測されるのではないかと期待して、超流動液体中の4He結晶の接触角を可視化して測定した。微小な凸凹面を作成する簡便な方法として、市販の雨水用撥水剤をガラス面に塗布することを試みた。複数の固体サンプルによって同様の観測を行ったところ、ほぼすべての固体でコート面側での約10度の接触角の増大が見られた。この接触角の増大は、4He結晶と基板が部分的にミクロに接触しているCassie-Baxter状態が実現しているとして説明できた。この結果を論文として公表した。
4He結晶の塑性変形に関連して、結晶中の質量輸送の問題が絡んでいる現象を見出した。0.6 K以下の温度域で、バルク結晶に取り囲まれた多孔質中で、圧力一定のもとでも冷却により結晶化が進行することを見出した。バルク結晶の新たな塑性変形の機構であり、量子結晶に特有のトライボロジーを捉えた可能性がある。近年、超固体性との関連で結晶中の質量輸送は注目されているが、そのような質量流が存在して初めて可能となる結晶化である。超固体性の新たな発現様式として、この結果を論文として公表した。
超音波で大変形した4He結晶の緩和時間が、成長過程と融解過程で大きく異なっていることを見出していた。この緩和時間の差異を、緩和中に誘起された高速の超流動流により、結晶相が安定化するという機構で説明した。この結果を論文として公表した。
またノコギリ波状に基板をすれ振動させることにより、4He結晶が駆動できることを見出していた。この移動距離が振動振幅から期待されるより1桁大きいことが分かった。この大きな移動距離は、振動に伴なう超流動流により、結晶成長と融解が駆動されているとして説明できた。この結果を論文として準備した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
目標であった、超流動液体中の4He結晶の濡れ性の制御が基板の粗面化により可能であることを実証し、論文として公表できた。これにより結晶においてもCassie-Baxter状態が起こりえることを示した。ただし、微細加工した基板上での濡れ性の実験までは進めなかった。量子結晶の塑性変形に関連した、新たな結晶成長機構を見出し、これを論文として公表した。量子結晶のトライボロジーに対する新たな知見である。超音波で大変形した4He結晶の緩和時間が、成長過程と融解過程で大きく異ることを見出し、この結果を論文として公表した。またノコギリ波状に振動させた基板上で4He結晶を駆動し、接触線のディピニングが伴なう新たな駆動様式を見出した。この成果を論文としてまとめ投稿し、現在は査読中である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
投稿中のノコギリ波状に振動させた基板上で4He結晶を駆動の論文を出版へとこぎつける。また本成果を学会で発表する予定である。
|
| Causes of Carryover |
成果報告としてお互いに関連する2編の論文を用意した。その内の1編はNew Journal of Physicsへ論文を投稿したが、論文審査で時間が掛かり、出版が予定年度内ギリギリとなった。またもう1編の論文は前論文の出版を受けて投稿したので、出版は来年度になると予想されるため補助期間の延長を申請した。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
投稿中の論文への査読への対応と出版に関わる経費への使用、および本成果の学会発表に使用する予定である。
|
