Nonlinear wave phenomena excited on vortex lines in quantum turbulence

量子湍流中涡线激发的非线性波现象

• 批准号: 22K03518
• 负责人: 永合 祐輔
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03518/
• 关键词: 低温物性; 超流動; 量子渦; 量子乱流; 素励起; マイクロ・ナノデバイス; 量子渦・量子乱流; 非線形現象

本研究は、超流動中の量子渦糸における非線形波動や素励起放出過程におけるエネルギー輸送機構の解明を目的とし、2022年度に量子渦生成検出のためのセンサー開発と動作テストを行った。量子渦や素励起を微視的スケールで検出するために、3D光造形装置を用いて光硬化性樹脂製の架橋梁構造マイクロ/ナノビーム(MB/NB)共振器を開発した。第１段階として、様々な長さのマイクロサイズ共振器(MB)を作製し、最大長さ100μm程度まで架橋できることを見出した。このMB基板への電極配線にあたり、これまでの開発研究で調べた加工条件を基に光造形時のブロック段差を抑制し、さらに基板を順方向に設置して直接アルミニウムスパッタを行うことで、GNDショートおよび電極段切れを回避して電極を作製することに成功した。GM冷凍機を用いて温度3.6K、真空中で磁場印可駆動法による共振器の動作テストを行い、Q値が少し低いもののMHz周波数域に複数の共鳴信号を観測することに成功した。梁構造モデルによる数値計算から、観測された信号の最低周波数が支持端条件の基本モードの共鳴周波数と妥当であることがわかった。共振Q値の改善の余地はあるものの、本研究で確立した共振器作製方法を用いれば、今後ナノサイズの共振器(NB)の実現が可能である。共鳴周波数とQ値については、より詳細な数値計算が現在継続中である。これまでに、微細加工で作製した1μm幅のスリット構造を用いたヘルムホルツ共鳴セルについて、超流動ヘリウム中で位相スリップ現象に伴う量子渦生成を観測している。本データのさらなる詳細な解析により、一度に複数の量子化循環が生成していることを示す結果を得た。本実験装置は、量子渦生成の機構解明とともに本研究の目標達成に向けた量子渦環生成装置実現に有用である。

の quantum in this study は, super flow vortex si に お け る nonlinear wave や element excitation on release process に お け る エ ネ ル ギ ー transportation agency の interpret を purpose と し, 2022 annual に quantum vortex generating 検 の た め の セ ン サ ー open 発 と action テ ス ト を line っ た. Quantum vortex や, wound up を micro visual ス ケ ー ル で 検 out す る た め に, 3 d light plastic device を い て sclerosing resin system の bridge on the structure light マ イ ク ロ / ナ ノ ビ ー ム (MB/NB) resonator を open 発 し た. Paragraph 1 order と し て, others 々 な long さ の マ イ ク ロ サ イ ズ resonator (MB) を し, the greatest degree of 100 microns さ ま で bridging で き る こ と を shows し た. こ の MB substrate へ の electrode wiring に あ た り, こ れ ま で の open 発 research で adjustable べ た を base に light plastic processing conditions when の ブ ロ ッ ク period of poor を し, さ ら を に substrate along the direction of に set し て directly ア ル ミ ニ ウ ム ス パ ッ タ を line う こ と で, GND シ ョ ー ト お よ び electrode section cut れ を avoid し て electrode を cropping す る こ と に successful し た . GM refrigerator を with い て で magnetic field of the temperature 3.6 K, vacuum method 駆 movable に よ る resonator の action テ ス ト を line numerical が し less low い い, Q も の の MHz frequency number field に plural の resonance signal を 観 measuring す る こ と に successful し た. Beam construction モ デ ル に よ る the numerical computing か ら, 観 さ れ た signal の minimum cycle for が support end conditions の basic モ ー ド の resonance frequency count と appropriate で あ る こ と が わ か っ た. Resonance Q numerical の room to improve の は あ る も の の, this study で establish し た resonator for method を い れ ば, future ナ ノ サ イ ズ の resonator (NB) の may be presently が で あ る. The detailed な value calculation of the resonant frequency とQ value に 継続 て て である and the detailed よ <s:1> value calculation が is now in 継続 である である. こ れ ま で に, micro machining で cropping し た 1 mu of m の ス リ ッ を ト structure with い た ヘ ル ム ホ ル ツ resonance セ ル に つ い て, super flow ヘ リ ウ ム で phase in ス リ ッ に プ phenomenon with う quantum vortex generated を 観 measuring し て い る. This デ ー タ の さ ら な る detailed analytical に な よ り quantization cycle, once に plural の が generated し て い る こ と を す results indicated を た. The experimental device and the quantum vortex generation <e:1> mechanism are explained: とと に に. The <s:1> objective of this study has been achieved: に. The けた quantum vortex ring generation device has been realized to be に useful である.

项目成果

Observation of Phase Slippage in 4He Superflow through a Newly Developed Microslit

通过新开发的微缝观察 4He 超流中的相滑移

• 发表时间: 2022
• 作者: Toyoyuki Tani;Ryoma Wada;Kohei Kaiya;Yusuke Nago;Satoshi Murakawa;Keiya Shirahama
• 通讯作者: Keiya Shirahama

4He in Nanoporous Media: 4D XY Quantum Criticality at Finite Temperatures

纳米多孔介质中的 4He：有限温度下的 4D XY 量子临界点

• DOI: 10.1007/s10909-022-02742-8
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Low Temperature Physics
• 影响因子: 2
• 作者: Tomoyuki Tani;Yusuke Nago;Satoshi Murakawa;Keiya Shirahama
• 通讯作者: Keiya Shirahama

Observation of Phase Slip Phenomenon in Superfluid 4He Flow through a Newly Developed Micro-sized Channel

超流体 4He 流过新开发的微型通道时相滑现象的观察

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoyuki Tani;Ryoma Wada;Kohei Kaiya;Yusuke Nago;Satoshi Murakawa;and Keiya Shirahama
• 通讯作者: and Keiya Shirahama