2018 Fiscal Year Research-status Report
ナノ超流動ヘリウム3の創成と新奇準粒子状態の局所検出
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17K05535
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
野村 竜司 東京工業大学, 理学院, 助教 (00323783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 陽香 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70462835)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超流動ヘリウム3 / トポロジカル超流動 / マヨラナフェルミオン / 非ユニタリー超流動 / アンドレーエフ束縛状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノメートルスケールの空間に閉じ込めた超流動ヘリウム3を、微小機械振動子（micro electromechanical systems, MEMS）などの新しいタイプの力学センサーを用いた局所観測によって調べ、ナノ超流動ヘリウム3の相図を明らかにすることが目的である。微小空間中では、閉じ込めの形状に依存して、2次元A相、ストライプ相、ヘリカル相、ポーラー相などの新相が予言されている。ヒッグスモードによる高周波音波の共鳴吸収やMEMSの力学応答測定から各相の対称性が決定を目指している。
海外共同研究者との共同研究は、研究代表者自身がフロリダ大学に滞在したことにより進めることができた。高磁場中で実現する超流動ヘリウム3のA1相、A2相における水晶振動子の高周波横波インピーダンス測定により、これらの非ユニタリー超流動体の表面束縛状態がスピン状態に依存する力学応答を示すことが、代表らによって見出された。このスピン状態依存性の起源を高周波（水晶振動子）と低周波（MEMS）の振動子の同時測定により見出すことを目指す共同研究である。また磁場中で、振動子をその場回転させて、力学応答の磁場との角度依存性を測定することも、本共同研究の大きな特徴である。滞在期間中に、試料容器に仕込んだ水晶振動子とMEMSの共鳴の同時測定の目処が立った。また回転駆動用の液体ヘリウム3の熱アンカーの設計を終えて、再冷却への準備が整った。このスピン状態依存性は、単純な弱結合理論では説明できず、表面状態における強相関効果の発現の可能性があり、その起源を明らかにすることは異方的超流体の表面状態の物理において大きな意義を持つ。
また日本物理学会におけるシンポジウムで機械振動子によるトポロジカル超流動体の講演を行った。更に国際会議においてナノ空間中のヘリウムについての招待講演を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初は高周波横波インピーダンス測定用の水晶振動子とMEMS素子を測定用試料容器へ組み込むと両者の共鳴信号を同時に測定することができないという原因不明のトラブルに見舞われたが、容器内でのグラウンドの取り方を工夫することにより改善することが、研究代表者が滞在中に明らかとなった。また何度か超低温実験を試みたが、水晶振動子の温度依存性が超流動転移の振る舞いを示さなかった。その原因を探ったところ、熱流入により超流動転移温度以下への冷却が出来ていないことが様々な測定から判明した。これは回転駆動用の液体ヘリウム3の熱アンカーが十分でないため、その液体を通して熱流入していると考えるに至った。研究代表者が滞在中に、回転駆動系の熱アンカーを強化する再設計が終わり、再冷却への準備が整った。今年度の始めには、超低温実験を再開する目処が立った。
また正常に動作しているMEMSを、サンプル容器内に配置すると共鳴が見えなくなるという奇妙な現象が生じた。原因を探ると、サンプル容器内の金属部分のグラウンドのとり方に工夫がいることが判明した。この点を改良すると共鳴が見えることが分かった。これにより水晶振動子とMEMSの両方の共鳴を、同一サンプル容器内で観測できると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
水晶振動子による横波音響インピーダンス測定とMEMS測定を同一サンプル容器内で行う目処が立った。また大きな熱流入による超低温への冷却困難の問題は、回転駆動用の液体ヘリウム3への熱アンカーに改善により解決できたと思われる。これから装置の冷却を行い、超低温高磁場中測定へと進む予定である。横波音響インピーダンス測定とMEMS測定を、高磁場中で同時に行い、非ユニタリー超流動体の表面状態の特異な力学応答を、周波数依存性と磁場方位依存性の観点から解明を試みる。これまでにない幅広い周波数域での力学測定と、超低温でin situ回転が可能な素子を用いた磁場方位依存性の観点から解明を試みる。これより非ユニタリー超流体が示す特異なスピン依存力学応答の起源を明らかにし、強相関効果の発現可能性を探ることが出来る。
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| Causes of Carryover |
当初は平成30年度中に本格的な超低温実験を行う計画であったが、回転駆動用の液体ヘリウム3からの熱流入により超流動転移温度以下への冷却が出来なかった。したがって長期間の滞在を見合わせる必要が出たため、繰越額が生じた。研究代表者が短期間フロリダ大学に滞在した間に、この問題は解決に近づいたので、31年度には長期滞在を行い、本格的に実験を行う。これにより、横波音響インピーダンス測定とMEMS測定を、高磁場中で同時に行い、非ユニタリー超流動体の表面状態の特異な力学応答を、周波数依存性と磁場方位依存性の観点から解明を試みる。
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Research Products
(10 results)
