A Simple Experimental Setup for Simultaneous Superfluid-Response and Heat-Capacity Measurements for Helium in Confined Geometries
A Simple Experimental Setup for Simultaneous Superfluid-Response and Heat-Capacity Measurements for Helium in Confined Geometries
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用于同时测量受限几何结构中氦的超流体响应和热容量的简单实验装置
DOI：
10.1007/s10909-021-02658-9
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发表时间：
2022
影响因子：
2
通讯作者：
Fukuyama Hiroshi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Usami Jun;Toda Ryo;Nakamura Sachiko;Matsui Tomohiro;Fukuyama Hiroshi
扭转振荡器 (TO) 是一种实验技术，广泛用于研究限制在多孔材料或吸附在基材上的氦系统中的超流体响应。在这些系统中，热容（HC）也是研究局部热力学性质的重要量。我们开发了一种简单的方法，可以将 HC 测量功能合并到现有 TO 中，而无需修改 TO 本身。通过在标准 TO 和稀释制冷机的混合室之间并行插入由氧化铝制成的刚性隔热支架和由细铜线制成的弱热连接，我们能够对完全相同的氦样品（即吸附在石墨上的 4 He 的四个原子层）同时进行 TO 和 HC 测量，精度高达 30 mK。这些数据很好地再现了以前的工作人员使用针对单独测量进行优化的设置独立获得的结果。该方法可方便地适用于各种实验，其中 TO 和 HC 测量结果之间的仔细比较至关重要。我们描述了如何设计热隔离支撑和弱热连接来管理两种技术中相互冲突的要求。
Torsional oscillator (TO) is an experimental technique which is widely used to investigate superfluid responses in helium systems confined in porous materials or adsorbed on substrates. In these systems, heat capacity (HC) is also an important quantity to study the local thermodynamic properties. We have developed a simple method to incorporate the capability of HC measurement into an existing TO without modifying the TO itself. By inserting a rigid thermal isolation support made of alumina and a weak thermal link made of fine copper wires between a standard TO and the mixing chamber of a dilution refrigerator in parallel, we were able to carry out simultaneous TO and HC measurements on exactly the same helium sample, i.e., four atomic layers of4He adsorbed on graphite, with good accuracies down to 30 mK. The data reproduced very well the previous workers’ results obtained independently using setups optimized for individual measurements. This method is conveniently applicable to a variety of experiments where careful comparisons between results of TO and HC measurements are crucial. We describe how to design the thermal isolation support and the weak thermal link to manage conflicting requirements in the two techniques.
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