<論文・報告>超流動ヘリウム4中の第2音波の観測

Abstract

2.17K以下の低温でヘリウム4は超流動状態に相転移する. Tiszaは二流体モデルから超流動状態で第2音波の存在を予言した. 第2音波はエントロピーが伝播する波であり, 90度の位相差をもって温度も振動する. 我々は薄膜抵抗温度素子である Cernox™温度計のbare chipモデルCX-1030-BRを検出器とし, ニクロム線ヒーターを励起子として, 共鳴管を用いて第2音波の検出を試みた. ロックインアンプによる周波数掃引を行い, 共鳴ピークとして第2音波を検出することができ, 複数の高調波モードを同定した. 共鳴周波数から第2音波の音速を求め, その温度依存性を測定し, これまでに得られている結果と比較検討した. またQ値から減衰係数の温度依存性を求め, Khalatonikovの理論計算と比較した.

Two-fluid theory by Tisza predicted second sound in superfluid 4He, which exists below 2.17 K. Second sound is a thermal wave in which temperature and entropy oscillate. We have tried to detect second sound with a thin-film resistance temperature sensor, Cernox™ thermometer. Bare chip model CX-1030-BR and a nichrome wire heater were used as a detector and an excitation element in a resonator tube. Second sound was observed as resonance peaks through frequency sweeps by a lock-in amplifier. Several harmonic modes of oscillation were identified and temperature dependence was measured. The resonance frequencies of harmonics were compared, and sound velocity of second sound was obtained. The damping coefficient was determined from the Q-value, and the temperature dependence of the damping coefficient was discussed with Khalatnikov’s theory.