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

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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。