Novel Quantum Phenomena in 2D Helium with Aspects of Quantum Phase Transition

二维氦中新的量子现象与量子相变

基本信息

批准号：
20H00132
负责人：
白濱圭也
金额：
$ 29.29万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、2次元ヘリウムに期待される新奇量子現象を、申請者が確立した量子相転移の普遍的描像に基づいて観測し、物性物理学の発展に資するものである。2022年度には以下の進展があった。(1)　本研究で発見した、多孔質ガラス基板上水素およびヘリウム薄膜の誘電異常効果を詳細に解析し、測定を高周波領域に拡張するための準備を行った。誘電異常は低温で薄膜を吸着した時の誘電率と誘電損失が元のガラス基板のそれらより低下する(実効的に負の誘電特性を示す)ことで特徴付けられる。この解釈として、ガラス基板表面のトンネル2準位系への吸着分子の影響と、ヘリウム・水素分極率の吸着による変化について考察を行っている。さらに誘電率測定を高周波領域に拡張して、誘電異常の全貌を解明するための準備を行った。また、現有の希釈冷凍機を無冷媒化して測定を超低温領域に拡張する準備も進めた。(2)　上記の誘電異常探索を平坦基板上ヘリウム薄膜について行うため、グラファイトとは異なり絶縁体である窒化ホウ素を吸着基板に用いた誘電特性・超流動特性同時測定装置の開発を進めた。(3)　高周波フォノン生成によるギャップ固体およびボースグラスからの非平衡超流動状態の実現については、金属薄膜からのフォノンパルス生成法と超伝導薄膜ボロメータの開発を行った。(4)　ヘリウム3薄膜における純2次元トポロジカル超流動状態の探索を目指して、無冷媒核断熱消磁装置の開発を継続している。さらにコンパクトで短期間に準備可能なPrNi5核断熱消磁冷凍装置開発を、ミュンヘン工科大学との共同研究により進めた。(5)　超低温物理学国際会議(ULT2022)を主催し、本研究に関連する議論を行った。

这项研究观察了基于申请人建立的量子相变的普遍形象，在二维氦中预期的新型量子现象，并有助于物理物理的发展。在2022年取得了以下进展：（1）我们详细分析了这项研究中发现的氢和氦薄膜对多孔玻璃底物的介电异常效应，并准备将测量结果扩展到高频区域。介电异常的特征是，当在低温下吸附薄膜时，介电常数和介电损失比原始玻璃基板的降低（有效表现出负介电特性）。作为一种解释，我们考虑了吸附的分子对玻璃基板表面上的隧道两级系统的影响，以及由于吸附而引起的氦气高极化性的变化。此外，将介电常数测量扩展到高频区域，并进行了准备，以阐明介电异常的全部程度。此外，已经进行了准备，以将电流稀释的冰箱转换为无制冷剂溶液，以将测量结果扩展到超低温度区域。（2）为了在平面底物上对薄膜进行上述介电异常搜索，我们一直在开发一种用于测量介电和超富特性的设备，同时使用硝酸硼（Boron nitride）（一种绝缘子）作为吸附底物，不像石墨一样。（3）关于通过产生高频语音子从间隙固体和玻璃玻璃上实现非平衡性超流体状态，我们从金属薄膜和超导薄膜验光仪开发了一种声子脉冲方法。（4）我们正在继续开发无制冷剂核绝缘材料消极剂，目的是在氦-3薄膜中寻找纯粹的二维拓扑超流体状态。此外，通过与慕尼黑技术研究院的联合研究进行了紧凑，短期，PRNI5核绝缘制冷装置的开发。（5）举办了国际超级晶体物理学会议（ULT2022），以进行与本研究有关的讨论。