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2017 年度 実績報告書

ヘリウム4結晶における濡れ性制御と量子トライポロジーの開拓

研究課題

研究課題/領域番号 26287074
研究機関東京工業大学

研究代表者

野村 竜司  東京工業大学, 理学院, 助教 (00323783)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード量子固体 / 超流動 / 摩擦 / トライボロジー / 濡れ / 接触角 / Cassie-Baxter状態
研究実績の概要

超流動ヘリウム中に水平に配した基板上にヘリウム結晶を置き、この結晶を水平方向に駆動することに初めて成功した。圧電素子により、基板を左右へ非対称なずれ振動させると、基板上のヘリウム結晶が水平に動いたのである。非対称振動による駆動は、いわゆる尺取虫駆動法の一種で、動摩擦と静摩擦の差を利用して物体を動かす方法として知られている。この方法が、粘性の無い超流動体中のヘリウム結晶を駆動するのに有効であることを示すことができた。ただし、観測されたヘリウム結晶の運動は、通常物質の運動と大きく異なり、複雑な振る舞いを見せた。
ヘリウム結晶は、振動を開始した直後は変形をするのみで移動せず、この変形が完了した後に初めて大きく移動した。この移動距離は、振動振幅から期待されるよりも一桁大きかった。非対称振動のゆっくりと基板が変位する位相では、結晶表面近傍で誘起される超流動流により、結晶の片側で結晶が成長し、逆側で融解することにより、結晶が見かけ上、大きな距離を移動したように見えるという機構を提案した。高速で超流動体から結晶成長する、ヘリウム結晶の量子性が関わった新しいタイプの駆動様式を観測したと考えられる。この結果は日本物理学会が発行する英文誌Journal of the Physical Society of Japanの2017年7月号に掲載され、Editors' Choiceに選ばれた。
超流動ヘリウム中でヘリウム結晶の駆動が実現できたことは、ヘリウム結晶と基板の滑りや、二つのヘリウム結晶間の究極の清浄表面における摩擦力測定への道を開く。物体間の摩擦や磨耗を調べるトライボロジーは、工学的にも重要であるが、これまでその研究対象としてきたのは量子効果が効かない通常物質が主であった。量子性が顕著に現れるヘリウム結晶の摩擦研究が可能となれば、量子トライボロジーとも言える研究への展開が期待できる。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Inchworm Driving of 4He Crystals in Superfluid2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshida, A. Tachiki, R. Nomura, and Y. Okuda
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 074603-1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.074603

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Asymmetry in melting and growth relaxation of4He crystals in superfluid after manipulation by acoustic radiation pressure2017

    • 著者名/発表者名
      Nomura Ryuji、Abe Haruka、Okuda Yuichi
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 19 ページ: 023049-1-13

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa5b54

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] “Supersolidity” Assisted Crystallization of 4He in Aerogels2017

    • 著者名/発表者名
      R. Nomura and Y. Okuda
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Anomalous Asymmetry in Melting and Growth Relaxations of 4He Crystals after Manipulation by Acoustic Radiation Pressure2017

    • 著者名/発表者名
      R. Nomura, H. Abe, and Y. Okuda
    • 学会等名
      The 28th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Contact Angles of 4He Crystals on a Rough Wall2017

    • 著者名/発表者名
      R. Nomura and Y. Okuda
    • 学会等名
      The 28th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystallization dynamics of 4He far from equilibrium2017

    • 著者名/発表者名
      Ryuji Nomura
    • 学会等名
      ULT 2017 Frontiers of Low Temperature Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 変形した4He結晶が示す成長・融解緩和過程の非対称性2017

    • 著者名/発表者名
      野村竜司,阿部陽香,奥田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [学会発表] 4He結晶の濡れ特性の制御II2017

    • 著者名/発表者名
      野村竜司,高橋拓也,峯崎裕基,鈴木茜,小原顕,伊高健治,奥田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会

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公開日: 2018-12-17  

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