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振動流による超流動ヘリウム4量子渦の形成・成長過程の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17540335
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関大阪市立大学

研究代表者

矢野 英雄  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 助教授 (70231652)

研究分担者 畑 徹  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (10156333)
小原 顕  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (50347481)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2005年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
キーワード超流動ヘリウム / 量子渦 / 量子乱流 / 層流 / 乱流 / 層流-乱流遷移 / 振動ワイヤ / 超流動乱流 / 振動子 / 希釈冷凍機
研究概要

乱流は、その基本的な性質からもまた応用の面からも多くの研究者を魅了してきたが、いまだその本質が解明されたとは言い難い。流体がっくる乱流においてもっとも単純な構造を持つ量子乱流は、渦による乱れを調べる上で格好の対象であり、乱流の本質に迫ることが期待できる。本研究では、量子乱流を構成する量子渦の運動状態に着目し、我々が開発した超伝導極微細線による振動ワイヤ法により、絶対零度近傍における振動流による量子乱流のダイナミクスを解明する。超伝導極微細線(直径2.5μm)による高感度の振動子を開発し、この振動子を用いて次のことを明らかにした。
1.素励起のない絶対零度近傍における振動の応答測定から、振動ワイヤに0.1μm程度の量子渦が付着していることを明らかにした。
2.層流状態での量子渦のサイズは、ワイヤ速度が増すにしたがって大きくなるのに対し、乱流状態では速度が増すにしたがって小さくなることを見いだした。
3.振動ワイヤをピンホールで外とつながる小箱に入れ、十分低温で超流動ヘリウムを小箱内に導入することにより、乱流遷移しない状態を作ることに成功した。
4.ワイヤに付着する量子渦が、振動によって乱流を起こすことを明らかにした。
5.最近公表された理論予想と測定結果を詳細に比較し、超流動相転移によって量子渦の種が形成され、振動流によってそれが成長し、臨界速度を超える振動流が新たな量子渦を形成することを明らかにした。
以上のように、本研究によって振動流中の量子渦の形成過程・成長過程を明らかにする成果を得た.

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (11件)

  • [雑誌論文] Motions of quantized vortices attached to a boundary in alternating currents of superfluid ^4He2007

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, N.Hashimoto, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Physical Review B 75

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Switching phenomena between laminar and turbulent flows of superfluid ^4He generated by a vibrating wire2007

    • 著者名/発表者名
      N.Hashimoto, H.Yano, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Motions of quantized vortices attached to a boundary in alternating currents of superfluid 4He2007

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, N.Hashimoto, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Physical Review B 75

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Switching phenomena between laminar and turbulent flows of superfluid 4He generated by a vibrating wire2007

    • 著者名/発表者名
      N.Hashimoto, H.Yano, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the turbulent flow of superfluid ^4He generated by a vibrating wire2006

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A.Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata.et al.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings 850

      ページ: 195-198

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the turbulent flow of superfluid 4He generated by a vibrating wire2006

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A.Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings 850

      ページ: 195-198

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the turbulent flow of superfluid ^4He generated by a vibrating wire2006

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A.Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings 850

      ページ: 195-198

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Observation of laminar and turbulent flow in superfluid ^4He using a vibrating wire2005

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A.Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 561-566

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要 2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Observation of the turbulent flow in superfluid ^4He using a vibrating wire2005

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A.Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics and Chemistry of Solids 66

      ページ: 1501-1505

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要 2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Observation of laminar and turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wire2005

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A.Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics 138

      ページ: 561-566

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Observation of the turbulent flow in superfluid 4He using a vibrating wire2005

    • 著者名/発表者名
      H.Yano, A..Handa, K.Obara, O.Ishikawa, T.Hata, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics and Chemistry of Solids 66

      ページ: 1501-1505

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2020-05-15  

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