2014 Fiscal Year Research-status Report
不均一性・ランダム性の無いナノスケール中ヘリウム4超流動の動的応答による研究
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26800194
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
村川 智 東京大学, 低温センター, 准教授 (90432004)
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2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超流動 / 量子液体 / 制限空間 / 量子乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノメートルサイズ中の超流動ヘリウム4の流れの性質を研究するため、10nm程度の細孔を持つ試料板を振動ワイヤー法により振動させる実験を行った。試料板はまっすぐの孔が作製できるポーラスアルミナの表面に金蒸着させて作成した。この孔にはランダム性や不均一性は無いと考えている。測定は振動の共鳴周波数付近で周波数をスイープさせ、その共鳴曲線の形を解析した。通常の粘性流体中においてはこの共鳴曲線はローレンツ型になり、ピークの高さがエネルギー散逸を示すことになる。対照用の試料として、同様の大きさで孔の開いていない板も準備し同様の実験を行い、孔の有無が結果にどのように影響が出るかを調べた。
細孔を含む板を振動させたときはバルクの超流動転移と細孔中の超流動転移を示す二段階の異常が温度依存性に現れた。これは細孔を含まない板を振動したときには得られていない。
また、細孔を含む板を振動させたものの共鳴曲線には、ピークのつぶれた非対称な共鳴曲線が得られた。この異常は常流動常態や細孔を含まない板を振動させたものには現れなかった。超流動状態においてピークがつぶれることはエネルギー散逸が増大していることを示し、共鳴曲線がローレンツ型からずれることは、細孔中を流れる超流体は通常の流体である速度に粘性が比例するニュートン流体ではなく、それ以外のエネルギー散逸が存在するを示しており、非常に興味深い結果である。
この共鳴曲線の形のずれは振動速度が小さいときは現れなかったが、ある振動速度以上から現れた。この異常は振動速度を上げると顕著になり、速度により2つの様相を示す結果が得られた。
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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
目的の一番根本的な部分であるランダム性および不均一性の無いまっすぐなナノスケールの細孔中の超流動ヘリウム4の流れの測定は実施でき、そのエネルギー散逸に異常が現れ、それが現れるにはナノスケールの孔が必要であることを明らかにした。
しかし、当該年度に行う予定であったその異常を細孔の径、ランダム性や不均一性をコントロールして変化を観測する実験を行うことはできなかった。これは、年度途中において申請者の異動があり、その異動や実験環境が大きく変わったことによる新しく実験環境を立ち上げるためのエフォートが必要であったためである。
そのため、当初の実験計画を変更し、比較的準備の必要が少ない次年度に行う予定であった超流動ヘリウムの流れの応答の振動速度依存性の実験をまっすぐな細孔中の試料でのみ先行して行った。その結果、興味深い新しい結果を得ることができたため、この研究課題全体としてみると、計画はおおむね順調に進展しているとみてよいと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請者の異動があったため、前提とした測定環境が大きく変わってしまったが、早急に測定環境の立ち上げを行う。
初年度の結果において、不均一性、ランダム性の無いまっすぐな孔中のヘリウム４の超流動性について、エネルギー散逸に興味深い現象が得られたのをうけ、当初の研究目的にもある、そのエネルギー散逸の測定周波数による依存性、およびより小さい孔や不均一性、ランダム性をもつ試料を用いた測定を行い、ナノスケール中の超流動ヘリウム4の異常な振る舞いが不均一性、ランダム性によるのか、そしてその起源について明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
年度の途中で申請者の異動があり、異動に関する業務および研究環境が大きく変更したことにより、一部計画通り研究を行うことが出来なかったため。特に、異動先において前任者の搬出が行われておらず、実験を行う環境が整っていなかったため。また、異動に伴い研究計画を変更したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究環境は大きく変わってしまったが、前任者の搬出も終了し、実験環境は整いつつある。異動により不足することになった研究に必要な装置の購入および当該年度に実現できなかった孔のランダム性、不均一性の必要性の検証実験および次年度に行う予定の周波数依存性の測定を遂行するのに使用する。
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