回転クライオスタットによる量子液体の実験研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02405004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 久保田 実 東京大学, 物性研究所, 助教授 (60192035)
• 研究分担者: 矢澤 哲夫 通商産業省工業技術院大阪工業技術試験所, 主任研究官 ; 簔口 友紀 東京大学, 教養学部, 助手 (10202350) ; 生井澤 寛 東京大学, 教養学部, 助教授 (10012486) ; 白浜 圭也 東京大学物性研究所, 学術振興会特別研究員 (00211970) ; 柄木 良友 東京大学物性研究所, 助手 (30186027)
• キーワード: 回転クライオスタット / 量子液体 / ジョセフソン接合 / 渦(Vortex)の量子化 / 薄膜の超流動 / 超低温

研究概要

本研究はミリケルビン以下の超低温で量子液体に回転運動を与える回転クライオスタットを建設し、これを使って渦の量子化など量子液体特有の性質を研究しようとするものである。
本年度は,多孔質ガラス表面につくった単原子層以下の液体 ^4He薄膜の超流動転移の孔径依存性の研究が白浜らによって捻り振子法を使って進められHe薄膜の渦対の相関長についての知見がまとまった(文献1、2)。これはHe薄膜の超流動弱接合を考案する上で重要な知見である。一方、回転状態で作動する希釈冷凍機を建設する上で重要な、新しいタイプの希釈冷凍機技術の開発が大幅に進展した(文献3,4)。
こうした知見をもとに超低温での回転クライオスタットによる実験を成功させるための主要な設備の設計を行った。これにはまず物性研究所A棟地下に装置を設置するための営繕工事(大型ピット、約3.2m*2m*2m一部3.5m)を行い、その完成後にこれに合わせて回転クライオスタットの設計をする必要があった。80dBの電磁シ-ルドル-ムも床ピットに合わせて製作設置した。
回転機構についても様々な角度から技術的検討を行った。長さ約1mの回転軸を2つの高精度空気ベアリングで支え、この下部にクライオスタットを吊り下げる形式とした。回転駆動にはエンコ-ダ-を内蔵したダイレクトドライブ(DD)モ-タ-を用い高精度の回転速度コントロ-ルを可能とした。また計測装置のいくつかはクライオスタットの上部に位置し、同期して回転する独立な円盤上に置かれ、その出力がスリップリングを通して静止系に取り出される。
大幅に削られた予算のため回転状態で働く希釈冷凍機は次年度に自作することになる。

研究成果

• [文献書誌] K.Shirahama,M.Kubota,S.Ogawa,N.Wada and T.Watanabe^<(a)>: "SizeーDependent KosterlitzーThouless Superfluid Transition in Thin ^4He Films Adsorbed on Porous Glasses" PHYSICAL REVIEW LETTERS. 64. 1541-1544 (1990)
• [文献書誌] K.SHIRAHAMA,M.KUBOTA,S.OGAWA,N.WADA (a) and T.WATANABE (b): "KOSTERLITZーTHOULESS SUPERFLUID TRANSITION IN ^4He FILMS ADSORBED ON POROUS GLASSES" Physica. B165&166. 545-546 (1990)
• [文献書誌] Masahito Sawano,Takeshi Igarashi,Yoshitomo Karaki,Minoru Kubota,Kiyoshi Akiyama,Yu Hiresaki,Toyoichiro Shigi: "Development of a transportable dilution refrigerator with a cryogenic 3He JT circulating system" Cryogenics (Proc.13.Intern Cryogenic Engineering Conf.). 30 Sept.Suppl.447-451 (1990)
• [文献書誌] Takeshi Igarashi,Masahito Sawano,Yoshitomo Karaki,Minoru Kubota,Kiyoshi Akiyama,Yu Hiresaki,Toyoichiro Shigi: "DEVELOPMENT OF A COMPACT DILUTION REFRIGERATOR WITH A CRYOGENIC ^3He JーT CIRCULATION SYSTEM FOR RAPID COOLING DOWN AND CONTINUOUS OPERATION" Physica. B165&166. 47-48 (1990)