良く制御された多孔質中He薄膜の2次元及び3次元超流動の研究

1998 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 09440132
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
• 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: 柄木 良友 東京大学, 物性研究所, 助手 (30186027)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• キーワード: 量子渦状態 / 薄膜超流動 / 2次元3次元超流動 / KT転移 / ラムダ転移 / 回転超流動 / 量子渦科学の基礎研究 / 渦糸

研究概要

単原子層内外の極薄い「固体基盤上に形成した超流動He薄膜」は、理想的2次元超流動性を示す事が知られている。この様な超流動薄膜を「孔径が制御され、3次元的繋がりを持った多孔質」の中に作ると、薄膜の2次元性と基盤の3次元的繋がりを反映した3次元性を併せ持つ超流動を作り出す事が出来る。而も他の超流動超伝導と違って、膜厚によって超流動転移温度をミリケルビンから2K近くまで連続的に変え得る大変ユニークな系が出来る。
本研究は、とりわけ基盤である多孔質の孔を制御し、その孔径や、トポロジーのもとの環境下で出現する超流動現象を研究しようというものである。
第一の成果は、高安定高感度捻り振り子法によるもので、回転下で見出される二つのエネルギー散逸ピークの回転角速度依存性、温度依存性、AC速度依存性を定量的に解析し、二つのピークが各々この系での2次元及び3次元量子渦の動力学に起因する事を見出したことである。成果の一部はJ.Low Temp.Phys,他、数編の論文として報告し、また更に準備している。
第二に、精密な超流動流れ実験から、高温側の2次元的振る舞いの後ある臨界的超流動速度が存在して、これ以下で、2次元とは違う3次元的流れ状態を見出した事である。
第三に、渦糸固体の凍結、融解転移の発見である。第1の成果を更に定量的解析を進める中で、回転下でTc以上の温度から低温に冷やしていくと2D渦対に起因するエネルギー散逸ピークの他に現れる低温側のピークは更に低温まで冷やしていくと、やがて消失して散逸のない状態が回転下でも存在することが判明した。o Kから温度を上げていくとある温度でエネルギー散逸が生じ始め回転ピークになる。この散逸が生じ始める温度は高速回転時ほど低温側から現れ始めることが見出された。また、このTc近傍での振る舞いはHe膜厚を変えてもTcでスケールしている事が見出された。この事から回転下の散逸ピークは3次元超流動転移近傍での渦糸融解と渦糸のダイナミクスによって生じていると言えよう。

研究成果

• [文献書誌] V.E.Syvokon、K.Ooyama、M.Fukuda、T.Obata、T.Igarashi、and M.Kubota、: "Superfluid Helium Films in 10 mm Porous Glass、Torsional Oscillator Study at High AC Velocities"Physica B. (to be publishued). (2000)
• [文献書誌] Muneyuki Fukuda、Toshio Obata、Maxim K、Zalalutdinoy、Yladimir Kovacik and Minoru Kubota: "Rotationally induced dissipation peak and dynamics of 3D vortex lines"Physica B. (to be published). (2000)
• [文献書誌] Hideaki Araki、Shuji Harada、Muneyuki Fukuda、Vitaliy Syvokon and Minoru Kubota、: "Specific heat measurements of PdHx over wide temperature range"Physica B. (to be published). (2000)
• [文献書誌] Yukio Marii、Yoshihiko koike、Takeshi Igarashi、Minoru Kubota、Yu Hiresaki、Kaji Tanida: "Aliquid-He-free Dilution Refrigerator for Neutron Scattering"Physica B. (to be Published). (2000)
• [文献書誌] Y.Karaki、M.Kubota、and H.Ishimoto: "Nuclear aritiferromagnetic ordering of the Van Vleck paramagnet PrIn3"Phys.Rev.B. vol.60 No.11. 6246-6249 (1999)
• [文献書誌] Y.Koike、Y.Morii、T.Igarashi、M.Kubota、Y.Hiresaki、K.Tanida: "A dilution refrigerator using the pulse tube and GM hybrid cryocooler for neutron scattering"Cryogenics. Vol.39. 579-583 (1999)
• [文献書誌] Minoru Kubota、Kenji Kimoto、Tatsuya Yano、Muneyuki Fukuda、Maxim Zalalutdinov、Kazunari Ooyama and Vladimir Kovacik: "Thermal Conductivity Study of Thin Superfluid Films Fomed in Porous Glass with 1 Micrometer Pore Diameter"Journal of Low Temp Physics. Vol.113. 429-434 (1998)
• [文献書誌] M.Fukuda、M.K.Zalalutdinov、V.Kovacik、T.Igarashi、T.Obota、K.Ooyama、and M.Kubota: "The Superfluid Transition and Vortcx Dynamics in Submonolayer Superfluid 4He Films in Porous Glass under Rotation"Journal of Low Temperature Physics. Vol.113. 417-422 (1998)
• [文献書誌] M.Fukuda、K.Ooyama、T.Obata、V.Kovacik、and M.Kubota: "Torsional Oscillator Experiments with High Stability and Reproducibility"Journal of Low Temperature Physics. Vol.113. 423-428 (1998)
• [文献書誌] Muneyuki Fukuda、Vladimir Kovacik、Takeshi Igarashi、and Minoru Kubota: "JT precooled Dilution Refrigerator Performance and Highly Sensitive Torsional Oscillator Experiments under Continuous Rotation up to 60 rpm"Proc.intern cryogenic engineering conference ICEC. 17. 217-220 (1998)