超流動体の動きを検出する新しい方法を開発

超流動体の動きを検出する新しい方法を開発物理
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センシングや情報処理の飛躍的進歩につながると期待されます

ロチェスター工科大学の研究者たちは、摩擦がなく、いったん動き出すと止まらない特殊な物質である「超流動1超流動とは、粘性がゼロで、運動エネルギーが失われずに流れる流体の特性です。超流動体をかき混ぜると、無限に回転し続ける渦が発生します。」の可能性を引き出すための新しい研究に取り組んでいます。

ロチェスター工科大学の物理学・天文学部の准教授であり、Future Photon InitiativeのメンバーでもあるMishkat Bhattacharya氏率いる研究チームは、Physical Review Letters誌に掲載された論文の中で、超流動体の動きを検出する新しい方法を提案しました。

科学者たちはこれまで、液体、固体、気体の中に超流動体を作り出してきました。

超流動体の特性を利用すれば、室温で機能する超伝導体2超電導とは、ある種の物質において、電気抵抗が消失し、磁束が外部に放出されるという物理的特性を示すもので、このような性質を持つ物質が超電導体です。などの発見につながると期待されています。

Bhattacharya氏によると、このような発見は、電線の抵抗加熱によるエネルギー損失が大きなコストとなっているエレクトロニクス産業に革命をもたらす可能性があるといいます。

しかし、超流動を研究する上での大きな問題の1つは、繊細な超流動の回転を測定するために利用できるすべての方法が、その動きを停止させてしまうことです。

Bhattacharya氏とRITの博士研究員チームは、日本、台湾、インドの科学者と協力して、破壊を最小限に抑え、その場で、リアルタイムに測定できる新しい検出方法を提案しました。

Bhattacharya氏によると、アインシュタインが予言した重力波を検出するために使われた技術が、この新しい方法のヒントになったといいます。

基本的なアイデアは、回転する超流動体にレーザー光を通すことです。

浮かび上がった光は、超流動体の回転の周波数で変調を受けます。

この周波数を既存の技術で検出することで、超流動の動きを知ることができます。

課題は、レーザー光が超流動を乱さないようにすることでしたが、研究チームは、原子が吸収する光とは異なる波長を選ぶことで実現しました。

Bhattacharya氏は、「私たちが提案した方法は、破壊を最小限に抑えた測定を可能にした初めての方法であり、これまでの技術に比べて1000倍も感度が高いものです。光学と原子のスーパーフローを組み合わせることで、センシングや情報処理にまったく新しい可能性が生まれるので、これは非常にエキサイティングな開発です。」

Bhattacharya氏らは、光ビームが超電流3超電流は散逸せずに流れる電流です。超伝導電流ともいう。を能動的に操作できることも示しました。

特に、同じガスの中を流れる2つの電流の間に、光によって量子もつれが生じることを示しました。

このようなもつれは、量子情報の保存や処理に役立つ可能性があります。

Published by Rochester Institute of Technology. Pardeep Kumar et al, Cavity Optomechanical Sensing and Manipulation of an Atomic Persistent Current, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.113601
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