Experimental study on the critical velocity of superflow in a quasi-one dimensional helium

准一维氦中超流临界速度的实验研究

基本信息

批准号：
21K03462
负责人：
谷口淳子
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題『擬１次元ヘリウム系における超流動の臨界速度の研究』は，１時限極限近傍の超流動の臨界速度を調べることによって，１次元系特有の量子揺らぎの効果，および素励起について知見を得ることを目的としている．本研究の開始前に，孔径を，超流動流の散逸に主要な役割を果たす量子渦の渦芯の大きさ（0.3 nm）に近づけていく過程で，臨界速度が劇的に減少することが理論的に予想されていた．一方で，実験面では，そのような孔径における超流動流の測定技術はいまだ確立されていない，という状況にあった．昨年度，配向したナノ細孔を内包する多孔質膜を利用することで，初めて孔径3 nmという小さい孔径における直流の超流動流を観測することに成功した．今年度は，超流動の測定・解析をさらに進めた．また，ナノ細孔を内包する多孔質膜中4Heの超流動の相図を明らかにすることを目的として，ねじれ振り子や水晶マイクロバランス法という異なる手法を用いた実験を平行して進めた．ナノ細孔中では，0.13 MPaにおいて1.5 Kで超流動が出現し，流速が急な上昇を示す．この上昇から，超流動流の流速は大きく見積もっても0.1 ms-1のオーダーであることが明らかになった．得られた流速は，先行研究で最も孔径の小さい6.3- nmの孔で観測された流速に比べて２桁小さく，臨界速度の孔径依存に関する理論予測を支持するものである．今年度の研究成果は，2021年８月に低温物理国際会議（LT29）でポスター発表を４件，さらに超低温物理国際会議（ULT2022）で，ポスター発表１件，口頭発表１件，日本物理学会秋季大会にて１件，発表した．

这个研究主题是“研究伪1维氦系统中超流体的关键速度”，旨在通过检查一维系统独有的量子波动的影响，并通过检查接近一次性限制的超级流体的关键速度，从而深入了解量子波动的影响。在这项研究开始之前，理论上预测，随着孔径接近量子涡流的涡旋芯（0.3 nm）的尺寸，临界速度将大大降低，量子涡流的大小（0.3 nm）在超级流动流的消散中起着重要作用。另一方面，在实验方面，尚未建立用于测量具有这种孔径超级流体流量的技术。去年，通过使用封装定向纳米孔的多孔膜，我们能够第一次观察到孔直径小至3 nm的直流超流量。今年，我们进一步提出了超氟的测量和分析。此外，我们使用不同的方法进行了实验，例如扭转摆和石英微量平衡方法，以阐明4he在包含纳米孔的多孔膜中的超流体。在纳米孔中，在0.13 MPa时出现超氟化，表明流速突然增加。这种上升表明，即使您估计超流量流的流速度在0.1 ms-1阶。所获得的流速为两个数量级，比6.3 nm孔观察到的流速度小两个数量级，在先前的研究中，孔的大小最小，支持了临界速度孔径依赖性的理论预测。今年的研究结果是2021年8月国际低温物理学会议（LT29）举行的四个海报演讲，以及一份海报演讲，在国际超级裂解物理学会议（ULT2022）会议上进行了一份口头演讲，一份海报演讲，一份海报介绍，一项口头陈述，一项口头介绍，一项在日本Autumm Autumn Autumm Chardment of Japan Autumm Chardments of Physics Autumn Charge of Physics Autumm Consiment。