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

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．

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．