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

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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。