Novel Quantum Phenomena in 2D Helium with Aspects of Quantum Phase Transition

二维氦中新的量子现象与量子相变

基本信息

批准号：
20H00132
负责人：
白濱圭也
金额：
$ 29.29万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、2次元ヘリウムに期待される新奇量子現象を、申請者が確立した量子相転移の普遍的描像に基づいて観測し、物性物理学の発展に資するものである。2022年度には以下の進展があった。(1)　本研究で発見した、多孔質ガラス基板上水素およびヘリウム薄膜の誘電異常効果を詳細に解析し、測定を高周波領域に拡張するための準備を行った。誘電異常は低温で薄膜を吸着した時の誘電率と誘電損失が元のガラス基板のそれらより低下する(実効的に負の誘電特性を示す)ことで特徴付けられる。この解釈として、ガラス基板表面のトンネル2準位系への吸着分子の影響と、ヘリウム・水素分極率の吸着による変化について考察を行っている。さらに誘電率測定を高周波領域に拡張して、誘電異常の全貌を解明するための準備を行った。また、現有の希釈冷凍機を無冷媒化して測定を超低温領域に拡張する準備も進めた。(2)　上記の誘電異常探索を平坦基板上ヘリウム薄膜について行うため、グラファイトとは異なり絶縁体である窒化ホウ素を吸着基板に用いた誘電特性・超流動特性同時測定装置の開発を進めた。(3)　高周波フォノン生成によるギャップ固体およびボースグラスからの非平衡超流動状態の実現については、金属薄膜からのフォノンパルス生成法と超伝導薄膜ボロメータの開発を行った。(4)　ヘリウム3薄膜における純2次元トポロジカル超流動状態の探索を目指して、無冷媒核断熱消磁装置の開発を継続している。さらにコンパクトで短期間に準備可能なPrNi5核断熱消磁冷凍装置開発を、ミュンヘン工科大学との共同研究により進めた。(5)　超低温物理学国際会議(ULT2022)を主催し、本研究に関連する議論を行った。

这项研究将基于申请人建立的量子相变的普遍图景，通过观察二维氦中预期的新量子现象，为凝聚态物理的发展做出贡献。 2022 财年取得了以下进展。 (1)详细分析了本研究发现的多孔玻璃基板上的氢和氦薄膜的介电异常效应，并为将测量扩展到高频区域做好了准备。介电异常的特征是在低温下吸附的薄膜的介电常数和介电损耗低于原始玻璃基板的介电常数和介电损耗（有效地表现出负介电特性）。作为对此的解释，我们考虑了吸附分子对玻璃基板表面隧道二能级系统的影响以及吸附引起的氦/氢极化率的变化。此外，还准备将介电常数测量扩展到高频范围，并阐明介电异常的全貌。还准备通过将现有的稀释制冷机转换为无制冷剂系统，将测量扩展到超低温范围。 (2) 为了在平坦基板上的氦薄膜上进行上述介电异常研究，我们继续开发使用氮化硼（与石墨不同的绝缘体）作为介电特性和超流体特性的同时测量装置。吸附底物。 (3)为了通过间隙固体和玻色玻璃产生高频声子来实现非平衡超流态，我们开发了一种从金属薄膜产生声子脉冲的方法和超导薄膜辐射热测量计。 (4)我们正在继续开发无制冷剂核绝热退磁器，旨在探索氦3薄膜中的纯二维拓扑超流体状态。此外，与慕尼黑工业大学的联合研究开发了PrNi5核绝热退磁制冷系统，该系统结构紧凑，可在短时间内制备。（5）主办国际超低温物理会议（ULT2022）并开展相关研究讨论。