【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】24540361 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超流動 / 量子渦 / 臨界速度 / 密度揺らぎ / エネルギーランドスケープ / ボース・アインシュタイン凝縮 / 分岐理論 / スワローテール / 擬弧長法 / ソリトン / 動的密度ゆらぎ / 位相欠陥 / ジョセフソン効果 / 安定性 / グロスピタエフスキー方程式 / ボゴリューボフ方程式 / 密度ゆらぎ / サドルノード分岐

【研究成果の概要】

粘性がなく、熱の発生がないマクロな流れのことを超流動と呼ぶ。超流動状態は遅い流れでは安定であり、ある限界速度（臨界速度と呼ぶ）を超えると、渦の生成を伴い崩壊することが知られている。安定あるいは準安定であった超流動状態が崩壊する様子は、安定な状態と不安定な状態がどのようにつながっているかを示す「地図」を得ることで見通しよく理解できる。地図における標高は今の場合各状態のエネルギーに対応し、その地図のことをエネルギーランドスケープと呼ぶ。超流動崩壊に関連したランドスケープがこれまでに知られていたものとは違うことを示したのが本研究の成果である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】21224010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

低温物性 / 物性実験 / 量子凝縮系 / 超流動 / 量子相転移 / ジョセフソン効果 / 量子渦 / 量子臨界現象 / ヘリウム / ナノサイエンス / 多孔体 / 超固体 / ナノ多孔体 / ポーラスアルミナ

【研究成果の概要】

本研究は、ヘリウム4をナノ空間に閉じこめて実現される「ナノスケール・ヘリウム」における新しい量子現象を系統的に探索解明すると共に、その超流動性を自在に制御する方法を確立して、様々な科学技術への応用研究を展開する。基礎的側面では、ナノ多孔体中4Heに見られる2つの量子相転移の発現メカニズムを完全に解明した。また、ナノポアアレイ中4Heの超流動性が、量子渦の発生に起因する特異な減衰を示すこと、グラフェン表面上4Heが多数の2次元固体相を有することを明らかにした。応用的側面では、超流動ジョセフソン素子の開発を目指し、ジョセフソン効果観測用デバイスと、第二音波を用いた超流動流速測定装置の開発を行った。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-04-01 - 2015-03-31

【配分額】218,400千円 (直接経費: 168,000千円、間接経費: 50,400千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】02405004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子液体 / ヘリウム薄膜 / 巨視的量子効果 / 量子渦 / 超低温物理学 / 回転場 / 渦格子、渦液体 / コスタレッツ、タウレス転移 / 回転クライオスタット / 2次元超流動 / 渦対 / 巨視的量子化 / 超低温技術 / ジョセフソン効果 / 渦の量子化 / 薄膜の超流動 / 超低温 / ジョセフソン接合 / 渦(Vortex)の量子化

【研究成果の概要】

本研究は平成2年度より3カ年計画で、ミリケルビンの超低温領域で量子液体に制御された回転運動を与える回転クライオスタットを建設し、これを用いて量子液体特有の性質を研究しようとするものである。この種の装置は我が国では初めて建設されるものであり、限られた時間と予算で成果を上げるべく研究課題と技術的特徴とを検討した(H2年度)。即ち、研究対象として多孔質媒体中の超流動薄膜を選び、単量子渦の生成に必要な10^<-4>rad/secから充分な渦密度を実現する6.2rad/sec以上の回転角速度を安定に実現するよう設計を進めた。
初年度、仕様策定から物性研地階にビットを掘り電磁シールドを施し、この内部に特注仕様の回転機構の備え付けまでを行った。次いで回転機構を支える空気ベアリングのための圧搾空気系を整備し、回転機構の調整を行うと共に回転稀釈冷凍機の製作に第2年度に取り掛かり、第3年度周辺気体分配盤及びポンプ類の設備を完成させた。
本年 この様に大がかりなプロジェクトではあるが初期の仕様を達成し、現存する世界の回転クライオスタットの中で最高の回転速度を冷凍機の連続運転中に実現した。引き続き低温での精密実験の準備を行なっている。
また、多孔質中のヘリウム薄膜について理論的検討を進め、2次元多孔質で作った弱接合で位相がnπ(n:integer)だけ変化する事を見出した。これは3次元弱接合での2nπの位相変化に対比させられる。この様な系を実験的に実現するための多孔質ガラス膜の作成とそのメゾスコピックな加工について検討を進めた。

【研究種目】一般研究(A)

【研究期間】1990 - 1992

【配分額】25,000千円 (直接経費: 25,000千円)