連続的膜厚制御によるサブミクロン超流動ヘリウム3薄膜の量子相転移

通过连续厚度控制实现亚微米超流氦 3 薄膜的量子相变

• 批准号: 18043026
• 负责人: 斎藤 政通
• 金额: $ 4.1万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18043026/
• 关键词: 超流動; P波超流動; サイズ効果; ヘリウム; 量子液体; 薄膜; ストライプ相; 散逸; 超流動^3He; ストライプ

膜厚1μm程度の超流動^3He薄膜は、境界の効果が強くなるため、超流動相の変化や、ストライプ相の出現など、異方的クーパー対の新たな側面の現れる系である。特に、飽和蒸気圧下での超流動^3He薄膜は、系のサイズをコヒーレンス長程度に相当するサブミクロンサイズまで連続的に制御できる唯一の異方的超流動体であり、境界効果の知見を得る上で最も有効な研究対象として、異方的クーパー対において系のサイズ(膜厚)をパラメーターとした相転移現象の知見を得ることが期待される。くし型電極を用いた連続的膜厚制御により、膜厚0.8μm付近の超流動^3He薄膜におけるAB相境界およびストライプ相の検出を目指し研究を進めた。くし型電極とは、2つの微細な櫛状の電極により形成された平面展開型コンデンサーである。この電極は微細な構造であるため、電極に発生する電場は基板表面のごく近傍に平面的に集約され、誘電体である^3Heの、高感度な静電的制御・測定が可能となる。この手法により1μm以下の薄膜を扱うことができる。さらに、印加電圧により電極への^3He吸着量を調整できるため、^3He膜厚、即ち系のサイズを自由に制御した実験が可能であり、系サイズが異方的クーパー対形成に及ぼす影響の直接観測が可能な実験手法である。これまでに、0.3〜4μmの膜厚範囲で超流動臨界流の測定を行った。その結果、1μm付近を境に臨界流の膜厚依存性に大きな違いがあることが分かった。これは相境界の予想される膜厚とほぼ一致し、膜厚変化による相転移を捉えた可能性が考えられる。また、実験結果を解析したところ、臨界流を決定する流れの散逸は約5秒以内に緩和することが分かり、散逸の機構を特定する重要な知見を得ることができた。

The film thickness is about 1μm, and the effect of the super-mobile ^3He film on the surface of the film is strong. The change of the super-mobile phase, the appearance of the super-mobile phase, and the appearance of the new surface of the super-mobile phase are all different. In particular, saturated vapor pressure of the superfluid ^3He thin film, the system's support to a certain extent, the connection between the control of the only heterogeneous superfluid, the boundary effect of the knowledge to obtain the most effective research object, the heterogeneous system's support to the film thickness, the discovery of the phenomenon of phase shift. The study of AB phase boundary and phase separation of superfluid ^3He thin film with film thickness of 0.8μm was carried out. The electrode is formed into a flat surface with fine comb shape. The electrode has a fine structure, the electrode generates an electric field near the surface of the substrate, and the electrode has a high sensitivity to electrostatic control. The film thickness below 1μm is about 100% of the thickness of the film. In addition, direct measurement of the effect of voltage on the formation and adsorption of He on the electrode can be achieved by adjusting the thickness of He film, i.e., the free control of the system. The measurement of supercritical fluid flow was carried out in the film thickness range of 0.3 ~ 4μm. The results show that the film thickness dependence of critical flow near 1μm is large. The film thickness is uniform, the film thickness is variable, and the phase shift is possible. The critical flow is determined by the analysis of the dispersion in about 5 seconds.

项目成果

The Surface Density of States of Superfluid 3He for Different Surface Boundary Conditions

不同表面边界条件下超流体3He态的表面密度

• 发表时间: 2008
• 期刊: Phys 150
• 作者: S. Murakawa;Y. Wada;Y. Tamura;M. Saitoh;Y. Aoki;R.Nomura;and Y. Okuda;J. Low Temp
• 通讯作者: J. Low Temp

Critical Current Measurement of Superfluid 3He Film in Magnetic Field

超流3He薄膜在磁场中的临界电流测量

• 发表时间: 2007
• 作者: Matsumoto;N.;A. Namiki;I.Sumita;Richard Klemm and K. Kadowaki;M. Saitoh
• 通讯作者: M. Saitoh

Thickness Dependence of Critical Current of Superfluid ^3He Film

超流体^3He薄膜临界电流的厚度依赖性

• 发表时间: 2007
• 期刊: J. Low Temp. Phys. 148
• 作者: Y.Hashimoto;T.Yamagishi;S.Katsumoto and Y.Iye;長田 博文;上山大信;M. Saitoh and K. Kono
• 通讯作者: M. Saitoh and K. Kono

Dynamic property of dissipative flow of superfluid ^3He film

超流^3He薄膜耗散流动态特性

• 发表时间: 2007
• 作者: Mignot;J. M.;山口淳一;藤田貴弘;村上喜美;道村真司;大沢明;國森敬介;米村卓巳;谷田博司;近藤晃弘;吉居俊輔;伊賀文俊;世良正文;谷田博司;大山研司;吉居俊輔;道村真司;近藤晃弘;永井翔太;伊賀文俊;S. Murakawa;M. Saitoh;M.Saitoh;M. Saitoh
• 通讯作者: M. Saitoh