最新の研究成果

概要

京都大学白眉センター/理学研究科の蓑輪陽介 特定准教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の安井裕貴 博士前期課程学生（研究当時）、 同 芦田昌明 教授、および大阪市立大学大学院理学研究科の中川朋 後期博士課程学生（研究当時）、アメリカ国立高磁場研究所/フロリダ州立大学の乾聡介 博士、大阪公立大学大学院理学研究科/南部陽一郎物理学研究所の坪田誠 教授から構成される研究グループは、極低温の超流動ヘリウム^※1中の量子渦^※2を「揺さぶる」ことで、渦の中心線（渦糸^※3）が、らせん状に揺れ動く、ケルビン波と呼ばれる状態を初めて意図的に生み出すことに成功しました。また、ケルビン波のらせん状の3次元的な振動の様子を明らかにしました。さらに、このケルビン波の観測を通じて、量子渦の回転方向を実験的に確定する技術を確立しました。量子渦は、超流動ヘリウムの物理の根幹を担う重要な研究対象です。類似の構造は超伝導体中にも存在し、量子渦の理解は低温物理学における中心的課題の一つです。ケルビン波は、量子渦を理解する上で非常に重要であるにも関わらず、これまで実験的に研究するための手法が無く、その性質がよく調べられて来ませんでした。本研究により、144年前に理論的に提唱されたケルビン波を、量子渦という理想的な渦上で生み出すことに成功しました。今後、量子渦の実験的研究の大きな発展が期待されます。

本研究成果は、2025年1月13日に、国際学術誌「Nature Physics」にオンライン掲載されました。

本研究のイメージ図。渦の中心線がらせん状に変形している。渦の中心線に並ぶ微粒子を利用する。

掲載誌情報

【発表雑誌】Nature Physics
【論文名】Direct excitation of Kelvin waves on quantized vortices（量子渦におけるケルビン波の直接励起）
【著者】Y. Minowa, Y. Yasui, T. Nakagawa, S. Inui, M. Tsubota, and M. Ashida
【論文URL】https://doi.org/10.1038/s41567-024-02720-9

資金情報

本研究は、JSPS 科研費（22H05139, 23K03282, 23KJ1832, 23K03305）および JST さきがけ（JPMJPR1909）の支援を受けて実施されました。

用語解説

※1　超流動ヘリウム…液体ヘリウム4を2.1 K（ケルビン）以下の温度に冷やすことで現れる量子力学的効果が顕著な液体。粘性は非常に小さく、熱伝導性が非常に高いなどの性質を持つ。

※2　量子渦…超流動ヘリウムに代表される量子流体中に存在する渦。流れの循環が量子化されるために、その太さや存在領域は明確に定義可能で、通常の実験環境では1種類の量子渦しか存在しない。

※3　渦糸…非常に細い渦のことを糸のように曲線で近似したもの。量子渦は渦糸でよく近似できる。

研究に関する問い合わせ先

大阪公立大学大学院理学研究科
教授　坪田 誠（つぼた まこと）
TEL：06-6605-3073
E-mail：tsubota[at]omu.ac.jp
※[at]を＠に変更してください。

報道に関する問い合わせ先

大阪公立大学 広報課
担当：竹内
TEL：06- 6967-1834
E-mail：koho-list[at]ml.omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。