ナノスケール・ヘリウムにおける量子臨界現象の解明と超流動性の制御

纳米级氦中量子临界现象的阐明和超流性的控制

基本信息

批准号：
21244057
负责人：
白濱圭也
金额：
$ 9.32万
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：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、ヘリウム(4He)をナノメートルサイズの空間に閉じこめることで生まれる新しい量子臨界現象を系統的に明らかにすると共に、その超流動性を自在に制御する方法を確立して、新しい超流動ジョセフソン素子の開発につなげるものである。科研費の交付を受けた研究期間で、以下の研究を行った。細孔径25Aのナノ多孔質ガラス内壁に吸着した4He超薄膜に対してねじれ振り子の実験を行い、本来4He原子が局在して超流動が観測されないと考えられていた極めて低い吸着量領域でも、超流動的な振る舞いが観測されることを発見した。この超流動的挙動はある温度を境に低温での回転慣性モーメントの緩やかな減少とエネルギー散逸の極大で特徴付けられ、散逸が極大を示す温度は吸着量を増やすと共に低下する。この低下の傾向は通常の液体4He薄膜が示す超流動のそれと全く逆であり、粒子相関が強く効いていることを示している。非常に興味深い現象であり、真の超流動か否かを含めてその機構解明が待たれる。また、ジョセフソン素子の開発に向けた準備として、ポーラスアルミナのナノポアアレイをヘリウム流路に挿入したねじれ振り子を製作し、動作確認を行った。これは超伝導体のSQUID(量子干渉素子)と同等の構造を持ち、将来開発を予定している超流動SQUIDの原型となるものである。

这项研究将系统地阐明将氦（4He）限制在纳米尺寸空间中所产生的新量子临界现象，并建立一种自由控制其超流性并创造新的超流态的方法，这将导致约瑟夫森的发展。设备。以下研究是在获得科学研究补助金的研究期间进行的。对吸附在孔径为25A的纳米多孔玻璃内壁上的超薄4He薄膜进行扭摆实验，甚至在极低吸附区域，原本认为4He原子会局域化，不会出现超流性。被观察，我们发现观察到超流体行为。这种超流体行为的特点是在一定温度后转动惯量逐渐减小并在低温下出现最大能量耗散，且耗散达到最大时的温度随着吸附量的增加而降低。这种下降趋势与普通液态4He薄膜表现出的超流性完全相反，表明粒子相关性是非常有效的。这是一个非常有趣的现象，我们正在等待其机制的阐明，包括它是否是真正的超流。此外，在准备开发约瑟夫森装置时，制造了将多孔氧化铝纳米孔阵列插入氦通道的扭摆，并确认了其操作。它的结构类似于超导SQUID（量子干涉装置），将作为我们未来计划开发的超流体SQUID的原型。