ナノスケール・ヘリウムにおける量子臨界現象の解明と超流動性の制御

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本研究は、ヘリウム(4He)をナノメートルサイズの空間に閉じこめることで生まれる新しい量子臨界現象を系統的に明らかにすると共に、その超流動性を自在に制御する方法を確立して、新しい超流動ジョセフソン素子の開発につなげるものである。科研費の交付を受けた研究期間で、以下の研究を行った。細孔径25Aのナノ多孔質ガラス内壁に吸着した4He超薄膜に対してねじれ振り子の実験を行い、本来4He原子が局在して超流動が観測されないと考えられていた極めて低い吸着量領域でも、超流動的な振る舞いが観測されることを発見した。この超流動的挙動はある温度を境に低温での回転慣性モーメントの緩やかな減少とエネルギー散逸の極大で特徴付けられ、散逸が極大を示す温度は吸着量を増やすと共に低下する。この低下の傾向は通常の液体4He薄膜が示す超流動のそれと全く逆であり、粒子相関が強く効いていることを示している。非常に興味深い現象であり、真の超流動か否かを含めてその機構解明が待たれる。また、ジョセフソン素子の開発に向けた準備として、ポーラスアルミナのナノポアアレイをヘリウム流路に挿入したねじれ振り子を製作し、動作確認を行った。これは超伝導体のSQUID(量子干渉素子)と同等の構造を持ち、将来開発を予定している超流動SQUIDの原型となるものである。