| 研究領域 | 光の螺旋性が拓くキラル物質科学の変革 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H05139
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 京都大学 (2024)
大阪大学 (2022-2023) |
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研究代表者 |
蓑輪 陽介 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (50609691)
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| 研究分担者 |
坪田 誠 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (10197759)
西岡 孝 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (10218117)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
85,800千円 (直接経費: 66,000千円、間接経費: 19,800千円)
2024年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
2023年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
2022年度: 22,360千円 (直接経費: 17,200千円、間接経費: 5,160千円)
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| キーワード | 量子渦 / 超流動ヘリウム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
角運動量を担う、流れの「渦」は流体力学における乱流の振舞いを決定づける重要な物理的構造である。しかしながら、「渦」は乱流中で発生・消滅を繰返す(不安定である)ため、その本質的理解はほとんど進んでいない。超流動ヘリウム4中の「渦」(量子渦)は安定な「渦」である。本研究では、超流動Heという量子流体をプラットフォームとして、超螺旋光による「量子渦」の制御を狙う。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的達成のためには、超流動ヘリウム4中の量子渦と強く相互作用し合う微粒子群を適切に超流動ヘリウム中に導入することが必要不可欠である。したがって、超流動ヘリウム中に微粒子を導入するための最適な手法を探索する必要がある。そこで、本研究では、固体材料へのパルスレーザー光の照射によって微粒子作製を行う、レーザーアブレーション技術を超流動ヘリウム中で実装した。種々の材料について実際にレーザーアブレーションを行い、材料の光学的特性(分極率の大きさや光吸収の強さ) や、作製される微粒子のサイズと数密度について系統的な調査をおこなった。その結果、現在までのところシリコン微粒子が最適であるという暫定的結論に至った。さらにアブレーションに用いるレーザー光のパラメーターを最適化することで、適切なサイズ(数百nm程度)の微粒子を大量に導入できるための実験条件を探索した。波長355 nmのナノ秒レーザーを用いたところ、10 Hzよりも高い繰り返し周波数の場合に、多くの微粒子が導入できることがわかった。また、パルスエネルギーについては、5 mJよりも低いと微粒子の数が少なく、5 mJよりも高いと激しい流れが生じて微粒子が観察領域から急速にいなくなる様子がわかった。研究開始当初は予想していなかったこととして、レーザーアブレーションによって生成した微粒子の一部が帯電している可能性が示唆された。これは、微粒子の電場による操作の可能性につながる重要な成果である。上記実験と並行して、光による量子渦の生成・励起や、光による量子渦のダイナミクスの測定の可能性について理論的検討を行うとともに、極低温実験の効率化を目指した実験装置開発も行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初予定していた、最適な微粒子を超流動ヘリウム中に大量に導入するための条件探索については一定の結論を出すことができた。また、当初予想していなかったものの、レーザーアブレーションによって生成された微粒子の一部が帯電している可能性が示唆された。これは電場によって微粒子や量子渦が制御できる可能性を示す重要な成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の目的を達成するためには、微粒子で可視化された量子渦を光の焦点に移動させるための手法を確立することが重要となる。そこで、極低温動作可能な直動ステージを導入することで、量子渦を任意の位置に移動する手法の開発に取り組む。また、当初計画にはなかったものの、前年度の研究により一部の微粒子が帯電している可能性が示されたことをうけ、電場を用いた量子渦の操作の可能性も探る。
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