2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
26287077
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
檜枝 光憲 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (30372527)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 大輔 足利工業大学, 工学部, 准教授 (80415215)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 量子相転移 / 超流動 / 低次元 / 強相関 / ボーズ流体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はナノ構造体を用いて次元制御した強相関ヘリウム（ボーズ）量子流体を実現し量子相転移を含めた新規物性を開拓することにある。ゼロ回転下において１次元強相関ボーズ流体研究のためナノ多孔体HMM-1を使い、１次元強相関ボーズ流体の機械的応答研究（ねじれ振り子測定）を実施した。HMM-1は孔径3.1nm、長さ10μmと従来研究されてきたFSM-16(細孔長さ300nm)に比べて細孔長が３０倍程度長いという特徴を持つ。本測定では過去の我々の研究で観測された１次元超流動クロスオーバー温度は明確には観測されなかったが、クロスオーバー温度が低温側にシフトしたと解釈できるため、有限長理論をサポートする結果となった。加えて３次元接続を持つナノ多孔体HMM-2（接続周期5.5nm、細孔直径2.7nm）中に吸着したヘリウム３薄膜の比熱実験を実施した。細孔壁面に垂直向きの励起エネルギーよりも十分低温において、約1.5R の一定な比熱が観測された。これは壁面に沿った運動の自由度しかもたない薄膜（壁面に垂直な運動は基底状態にある）でありながら、３次元接続性のために３次元ボルツマンガス状態が実現していることを示唆している。
さらに上記研究と平行して回転希釈冷凍機を利用した実験準備を実施した。回転実験では回転の遠心力に耐えるだけのリジッドで対称性の良いデザインにする必要があり、また回転冷凍機の中心へ設置する必要がある。これらを考慮し回転実験のための無酸素銅QCM実験セルを新たに設計・作製した。常温において回転希釈冷凍機に設置後、回転状況下で動作テストを実施し良好な動作結果を得た。加えて極低温において予備実験を実施し、約１回転/秒の回転下において金基盤上ヘリウム４薄膜の超流動転移の観測に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
次元制御した強相関ボーズ流体実現のためのナノ構造体を選定し本研究をスタートした。ゼロ回転下において①１次元強相関ヘリウムボーズ流体の機械的応答研究、②３次元接続を持つナノ多孔体中ヘリウム３薄膜のボルツマンガス状態の実現、の２つの成果を得た。さらに回転下実験のための新しい技術革新を行い、予備実験でヘリウム４薄膜の超流動転移の観測に成功した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続きゼロ回転下においてナノ構造体よって次元制御した強相関ボーズ流体に対して量子相転移の研究を実施する。各種測定（ねじれ振り子、QCM、比熱）を続け0～200 MHzという極めて広帯域において量子相転移の研究を実施する。加えて前年度の予備実験の成果をもとに 回転希釈冷凍機を利用した回転下実験を実施する。一定の回転速度に対して温度スイープし、さらに温度一定の状態で回転速度スイープを実施する。回転によって量子渦密度を連続的に増加させた測定を実施し、量子渦によってどのように超流動が抑制されるかを明らかにする。また、渦格子形成や新規ボルテックス、新たな量子臨界点を探索する。
|
| Causes of Carryover |
平成27年4月に他大学へ転出することになり、本研究課題の立案時に想定していなかった事由が発生したため。転出先において本研究課題を遂行するために、装置の移動や設置のために新たな費用が必要となる。さらに研究体制の見直しにより、新たに共同研究者を加えるための予算処置が必要である。加えて2012年12月の「ヘリウムショック」と呼ばれる世界的な供給危機依頼、年々液体ヘリウムを含む寒剤費が高騰している事情もあり、次年度以降も研究が円滑に継続できるように多めの金額を繰り越した。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度予算の使用内訳は、転出先における超低温実験に必要な寒剤（液体ヘリウム、液体窒素）、高Q値を持つ水晶振動子の購入、低温温度センター、真空部品（バルブ、配管類）に充てられ、実験維持に必要不可欠な出費である。また新たに共同研究者を1名増やし、そちらに予算処置（主に寒剤費と旅費）した。
|
Research Products
(12 results)
