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中量子涡旋线中非线性波和基本激发发射过程中的能量传输机制，并于2022年开发并测试了一种传感器来检测量子涡旋的产生。为了在微观尺度上检测量子涡旋和基本激发，我们使用3D立体光刻设备开发了一种由光固化树脂制成的交联微/纳米光束（MB/NB）谐振器。第一步，我们制造了各种长度的微型谐振器 (MB)，发现它们可以交联，最大长度可达约 100 μm。当将电极连接到该MB板时，我们根据之前开发研究中研究的加工条件抑制了立体光刻过程中的块级差异，并将板安装在正向并进行直接铝溅射以创建GND。制造避免短路和电极断裂的电极。我们使用GM制冷机在真空、3.6K温度下使用磁场驱动方法对谐振器进行了操作测试，并成功观察到了MHz频率范围内的多个谐振信号，尽管Q值有点低。使用梁结构模型的数值计算表明，观测信号的最低频率与支撑端部条件下基模的谐振频率是合理的。尽管谐振Q值还有改进的空间，但使用本研究建立的谐振器制造方法，未来将有可能实现纳米尺寸的谐振器（NB）。目前正在进行有关谐振频率和 Q 值的更详细的数值计算。到目前为止，我们已经使用亥姆霍兹共振池观察到与超流氦中的相滑现象相关的量子涡旋的产生，该共振池使用微加工制造的 1 μm 宽狭缝结构。对该数据的进一步详细分析表明，同时生成了多个量化周期。该实验装置有助于阐明量子涡旋产生的机理，并有助于实现量子涡环产生装置以实现本研究的目标。