Nonlinear wave phenomena excited on vortex lines in quantum turbulence

量子湍流中涡线激发的非线性波现象

基本信息

批准号：
22K03518
负责人：
永合祐輔
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、超流動中の量子渦糸における非線形波動や素励起放出過程におけるエネルギー輸送機構の解明を目的とし、2022年度に量子渦生成検出のためのセンサー開発と動作テストを行った。量子渦や素励起を微視的スケールで検出するために、3D光造形装置を用いて光硬化性樹脂製の架橋梁構造マイクロ/ナノビーム(MB/NB)共振器を開発した。第１段階として、様々な長さのマイクロサイズ共振器(MB)を作製し、最大長さ100μm程度まで架橋できることを見出した。このMB基板への電極配線にあたり、これまでの開発研究で調べた加工条件を基に光造形時のブロック段差を抑制し、さらに基板を順方向に設置して直接アルミニウムスパッタを行うことで、GNDショートおよび電極段切れを回避して電極を作製することに成功した。GM冷凍機を用いて温度3.6K、真空中で磁場印可駆動法による共振器の動作テストを行い、Q値が少し低いもののMHz周波数域に複数の共鳴信号を観測することに成功した。梁構造モデルによる数値計算から、観測された信号の最低周波数が支持端条件の基本モードの共鳴周波数と妥当であることがわかった。共振Q値の改善の余地はあるものの、本研究で確立した共振器作製方法を用いれば、今後ナノサイズの共振器(NB)の実現が可能である。共鳴周波数とQ値については、より詳細な数値計算が現在継続中である。これまでに、微細加工で作製した1μm幅のスリット構造を用いたヘルムホルツ共鳴セルについて、超流動ヘリウム中で位相スリップ現象に伴う量子渦生成を観測している。本データのさらなる詳細な解析により、一度に複数の量子化循環が生成していることを示す結果を得た。本実験装置は、量子渦生成の機構解明とともに本研究の目標達成に向けた量子渦環生成装置実現に有用である。

这项研究旨在阐明超流体量子涡流中非线性波和基本激发发射过程中的能量传输机制，并在2022年开发了用于生成量子涡流的传感器，并测试了其运行。为了在微观范围内检测量子涡旋和基本激发，使用3D光焊接设备开发了由可光化树脂制成的交联的微/纳米/纳米/纳米/纳米孔（MB/NB）谐振器。第一步，制造了各个长度的微溶解器（MB），并发现交联可在最大长度最大长度约为100μm。当接线电极到该MB底物时，基于先前开发研究中研究的处理条件，并通过将底物安装在向前方向和直接溅射的情况下，抑制光影过程中的块步骤，通过避免接地短路和电极破裂来成功制造电极。使用GM冰箱，我们使用磁场驱动方法在3.6K的温度下使用磁场驱动方法对谐振器进行了操作测试，尽管Q值略低，但在MHz频率范围内成功观察到了MHz频率范围内的多个共振信号。使用梁结构模型的数值计算表明，观察到的信号的最低频率在支撑边缘条件的基本模式的共振频率下是合理的。尽管谐振Q值有改善的空间，但使用本研究中建立的谐振器制造方法，将来可以实现纳米尺寸的谐振器（NBS）。目前，对于共振频率和Q值，目前正在进行更详细的数值计算。到目前为止，使用微型氦气中微生物产生的1μm宽的狭缝结构在Helmholtz共振细胞中观察到了量子涡旋，从而导致由于相位滑移现象引起的量子涡流。对该数据的进一步详细分析得出的结果表明，一次生成了多个量化循环。该实验设备可用于阐明量子涡流的生成机理，并实现量子涡流生成器件以实现这项研究的目标。