2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on a superconducting micro particle in a magnetic trap
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20K03819
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
森脇 喜紀 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (90270470)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 かおり 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (80397166)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 微粒子 / レーザーアブレーション / レニウム / Mie散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超流動ヘリウム中でレーザーアブレーションにより生成され空間捕捉された単独のインジウムおよびレニウム微粒子によるレーザー光強度の散乱角依存の測定結果をMie散乱モデルを用いて解析し，マイクロメートルサイズの超伝導微粒子においてもバルク状態での屈折率と大きく変わらないこと，また，微粒子のサイズが求められ，実験後に装置から取り出して測定した電子顕微鏡像による測長結果とほぼ一致することが示された。この結果を論文としてまとめ公表した。
空間捕捉された超伝導微粒子にミリ波を照射し，超伝導バンドギャップ間の遷移させた場合には微粒子の超伝導性が破れ微粒子が捕捉から解放され落下すると考えられる。ヘリウムクライオスタット中の微粒子捕捉領域にミリ波を導入するための導波管を配した導入装置を設計し，手配した。装置が納品され次第バンドギャップ間遷移の実験を始める。
レニウムはバルクでの超伝導転移温度が1.7Kであるが，超流動ヘリウム中でレーザーアブレーションにより生成されたレニウム微粒子は4.2Kにおいてもマイスナー効果によって磁気トラップに捕捉され続けるため，超伝導転移温度が大幅に上昇していることが我々の研究により示されている。4.2K以上の温度を用意するために，低温ヘリウムガス中でのアブレーションによるレニウム微粒子生成とその捕捉実験を行った。その結果，微粒子捕捉に成功し，4.2Kより高温で微粒子が捕捉状態から離脱することを確認した。また，低温ガス中での微粒子生成時に液体ヘリウム中と同様に多数の微粒子が生成捕捉され，それらが独特な立体構造をなすことを見いだした。
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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
空間捕捉された微粒子によるレーザー光のMie散乱実験について，論文にまとめ報告した。低温ヘリウムガス中でのレーザーアブレーションにより，レニウム微粒子の生成・空間捕捉に成功し，その超伝導転移温度測定への指針が得られている。また，空間捕捉領域にミリ波を導入するための装置を設計し，納品され次第実験を開始できる。以上のことより，順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
気相中での空間捕捉 これまで超流動ヘリウム中でレーザーアブレーションして微粒子を生成し捕捉してきた。微粒子の生成温度をバルクの超伝導転移温度よりも低く設定するためである。一方，レニウムはバルクでの超伝導転移温度が1.7Kであるが，それよりも高い温度のヘリウムガス中でのレーザーアブレーションにより生成された微粒子が磁場で捕捉できている。そこで，アブレーションによる微粒子の生成とその磁場による捕捉(単一粒子，及び多粒子捕捉)，温度測定手法等について詳細に調査した上で，捕捉された微粒子の超伝導転移温度を調べる。まずこれまで調べてきているレニウムをターゲットとする。また，レーザーアブレーションにより生成される微粒子の磁荷測定やX線回折などによる測定などについて検討・推進する。これらを通して超伝導転移温度の上昇について解明する。また，レニウム以外の微粒子について検討を進める。
また，多数の微粒子が同時に空間捕捉される場合の，微粒子の空間配置などが超流動ヘリウム中とガス中での差異について調べる。
トラップ領域へのミリ波導入 空間捕捉された微粒子の超伝導ギャップをミリ波の吸収させることによる直接測定を行う手法を開発する。ミリ波を吸収し常伝導状態となった微粒子は捕捉から脱離するため，捕捉/脱離の測定で遷移を調べることが可能だと考えている。導波管を用いて微粒子捕捉領域にミリ波を導く。昨年度作成した導波管などをの性能を確認した上で，アルミ，インジウムなどを対象として，上記の手法について確認実験を行う。
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| Causes of Carryover |
ミリ波導入装置の納品が年度をまたいだため。次年度使用額のほぼ全額をミリ波導入装置に使用する。その他に，低温および真空関連部品，電子回路部品，液体ヘリウムなどの購入にあてる。
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