| 研究課題/領域番号 |
26287084
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| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
池上 弘樹 独立行政法人理化学研究所, 河野低温物理研究室, 専任研究員 (70313161)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 巨視的量子現象 / 超流動ヘリウム３ / クーパー対 / 超低温 |
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| 研究実績の概要 |
超流動などの巨視的量子現象では、熱ゆらぎに埋もれてしまうような微小な相互作用でも、マクロな数の粒子の凝縮により増幅され、巨視的な現象として観測されうることがある。そのような例として、Leggettは、超流動ヘリウム３のA相において、ヘリウム３原子の内部の電子密度の偏りによりクーパー対が磁気モーメントを持つことにより磁場とl vectorとの間に微弱な相互作用が生じ、それがマクロな性質に影響を及ぼすと提唱している。
今年度は、まず、超流動ヘリウム３－A相においてクーパー対の軌道角運動量と磁場との間に予想される微弱相互作用の存在を実験的に確認するための実験系を整備することに集中してきた。特に、14Tまでの磁場中でのl vectorの向きの出現確率の測定を行うための実験セルの作成と超低温高磁場冷凍機の整備に力を入れた。実験セルの作製は順調に進み、超低温高磁場中で使用可能なものに仕上がった。作製した実験セルは、イオンを生成するためのカーボンナノチューブ、イオンの輸送現象を測定するための電極、高磁場中でも液体3Heを100マイクロケルビン領域まで冷却するための熱交換器により構成される。
実験セルを冷凍機にマウントし予備実験に入ろうとしたところ、超低温高磁場冷凍機に低温リークがあり冷却ができないことが判明した。リーク原因を詳細にチェックしたところ、1Kポットのスーパーリーク、あるいは4Kプレート付近の断熱真空管のリークであることが判明した。超低温高磁場冷凍機は大型であり、またリークが4K以下の低温でのみ出現するため、リーク部分の特定に非常に時間がかかり、多くのエネルギーを注いだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
実験セルを冷凍機にマウントし予備実験に入ろうとしたところ、予期しない低温リークが超低温高磁場冷凍機にあり、冷却できないことが判明した。リーク原因を詳細にチェックしたところ、1Kポットのスーパーリーク、あるいは4Kプレート付近の断熱真空管のリークであることが分かった。超低温高磁場冷凍機は大型であり、またリークが4K以下の低温でのみ出現するため、リーク部分の特定に非常に時間がかかった。そのため研究の進捗状況は当初の予定より少し遅れ気味である。
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| 今後の研究の推進方策 |
先ず、冷凍機に低温リークの修理を完了するすることに全力を注ぐ。その後、超低温高磁場冷凍機が本研究を行う上で十分な性能を有するかをチェックする。本研究では、fAという微小電流を測定する必要がある。そのため、高感度電流測定系を構築する必要がある。低雑音電流アンプを用いることによりノイズを低減する。また、数か月という長期間での信号のドリフトが問題となる。これを解決するため、グラウンドや室温の安定化させる機構を構築し可能な限りドリフトの低減を図る。
超低温高磁場冷凍機と高感度電流測定系を早急にセットアップし、作製した実験セルで高磁場中でのl vectorの向きの出現確率の測定を行う。14Tまでの高磁場中でのl vectorの向きの出現確率を実験的に決定する必要があるので、十分な統計精度が得られるように冷却測定を多数回（30回以上）繰り返す。また磁場の大きさ・向きを変えて測定を繰り返す。非常に時間がかかる長期的な測定であるため、計画性をもって測定にあたる。この実験で明らかになるl vectorの向きの出現確率の磁場との相関により、磁場とl vectorの間の微弱相互作用が存在することを確実にする。
高磁場中でのみ出現する超流動ヘリウム３－A1相は、非ユニタリーな超流動相であり、他の系では実現されていないものである。このA1相においても、固有マグナス力が働くと予想されているため、上記の測定に加えA1相における固有マグナス力の観測も試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
超低温高磁場冷凍機にリークがあり、それに多くの時間がとられた。そのため、元々計画していた超低雑音測定系の構築を次年度に行うことにした。それにより、今年度購入する予定だった物品を次年度に購入することにしたため、次年度に使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度に超低雑音測定系の構築を行う。それを構築するため、次年度に超低雑音電流増幅器や高電圧電源等を購入する。
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