マイスナー効果を利用した低温レーザー干渉重力波アンテナ鏡の制御

本研究は、低温レーザー干渉計重力波アンテナの鏡の姿勢・位置制御を行う一つの方法として、極低温環境を生かして、鏡の機械的Q値を犯さない蒸着法による超伝導薄膜のマイスナー効果を利用する方法を検証するものである。昨年の研究により第二種超伝導体が有望であることがわかったので、本年は第二種超伝導体に対象を絞り、コイルによる外部磁場に対するマイスナー効果による力の発生について研究を行った。円形薄膜状の第二種超伝導薄膜を仮定すると、外部磁場の増大によって、外周部から中心部に向かって徐々に完全反磁性を示すため、負荷磁場対力の関係に大きなヒステリシスが発生する現象が知られているが、オフセット磁場を適切に選択すれば、ヒステリシスは数%にまで減少させることができることも判明した。実際に磁場対力関係を得るため、共同研究機関において、低温クライオスタット槽内(4Kまで冷却)に、一段懸架されたアルミのテストマスを用意し、側面に高温超伝導薄膜(YBCO)を張り付け、それに対し、磁場を負荷するための超伝導コイルを対峙させ、負荷した電流とマイスナー効果によって発生した力によるミラーの変位を、シャドーセンサーで読みとる装置が組み立てられた。その結果、約10μm/Aの力が得られたが、各試行のデーターにばらつきが多いなど、膜とコイル間距離の揺らぎや、予想された完全反磁性成長プロセスに関わると思われる磁場対力関係の揺らぎがみられ、アクチュエーター自身が雑音源になりかねないことが判明した。実際に薄膜を蒸着させ、機械的Q値の変化の有無をみるまでにはいたらなかった。

本研究は、低温レーザー干渉計重力波アンテナの鏡の姿勢・位置制御を行う一つの方法として、極低温環境を生かして、鏡の機械的Q値を犯さない蒸着法による超伝導薄膜のマイスナー効果を利用する方法を検証するものである。昨年の研究により第二種超伝導体が有望であることがわかったので、本年は第二種超伝導体に対象を絞り、コイルによる外部磁場に対するマイスナー効果による力の発生について研究を行った。円形薄膜状の第二種超伝導薄膜を仮定すると、外部磁場の増大によって、外周部から中心部に向かって徐々に完全反磁性を示すため、負荷磁場対力の関係に大きなヒステリシスが発生する現象が知られているが、オフセット磁場を適切に選択すれば、ヒステリシスは数%にまで減少させることができることも判明した。実際に磁場対力関係を得るため、共同研究機関において、低温クライオスタット槽内(4Kまで冷却)に、一段懸架されたアルミのテストマスを用意し、側面に高温超伝導薄膜(YBCO)を張り付け、それに対し、磁場を負荷するための超伝導コイルを対峙させ、負荷した電流とマイスナー効果によって発生した力によるミラーの変位を、シャドーセンサーで読みとる装置が組み立てられた。その結果、約10μm/Aの力が得られたが、各試行のデーターにばらつきが多いなど、膜とコイル間距離の揺らぎや、予想された完全反磁性成長プロセスに関わると思われる磁場対力関係の揺らぎがみられ、アクチュエーター自身が雑音源になりかねないことが判明した。実際に薄膜を蒸着させ、機械的Q値の変化の有無をみるまでにはいたらなかった。