【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.05】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1224
利用課題名 / Title
ヘリウム薄膜における非平衡超流動探索のための吸着基板の開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
超流動、表面弾性波,量子効果/ Quantum effect,ダイシング/ Dicing,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter,原子層薄膜/ Atomic layer thin film
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
白濱 圭也
所属名 / Affiliation
慶應義塾大学理工学部物理学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
永合 祐輔,土屋 大樹,平尾 走
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
落合 幸徳
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
固体表面に物理吸着したヘリウム薄膜は、単原子層程度の膜厚で2次元物質としての量子物性を示す。特にボース粒子であるヘリウム4薄膜は、トポロジカルな相転移であるコスタリッツ-サウレス型の超流動転移を示すことが知られている。このとき超流動状態のヘリウム原子は、固体基板上に局在した吸着ヘリウム原子の上に(波動関数が)拡がった状態として存在する。本利用者らは、局在原子にエネルギーを与えて拡がった状態に励起させれば、超流動成分が増加するのではないかとの着想を得た。これは外場によってつくられる非平衡超流動状態であり、新奇な超流動特性を示すことが期待されるだけでなく、熱平衡状態では超流動を示さない水素等の原子分子薄膜を、人工的に超流動化させる手法としても有望である。本研究では、局在原子にエネルギーを与える方法として表面弾性波フォノンを用いることを試みる。固体基板としてLiNbO3を用いて、表面弾性波(SAW)を励起検出するための櫛形電極を光リソグラフィで作製する。
実験 / Experimental
直径3ないし4インチのLiNbO3ウェハを、システムデザイン研究センター(武田クリーンルーム)のBlade Dicer DAD3650により10×20mmの長方形に切り出し、試料基板を得た。これを慶應義塾大学理工学部のクリーンルーム内で洗浄とレジスト塗布を行った後、マスクアライナーを用いて露光して現像、Ti(3nm)とAu(70nm)のEB蒸着、その後レジスト除去を行い、櫛形電極の作製を試みた。製作したSAW基板のパターンを、模式図として図1に示す。
結果と考察 / Results and Discussion
現在までに10回以上の電極作製を試みてきたが、複数のプロセスに問題があり、櫛形電極がきれいに作製されない困難に直面した。問題を一つずつ解決して、櫛形電極の作製条件を最適化してきている。これまでに、ダイシングカット時の切り屑の除去方法、露光時間、現像時間の微調整、レジストの完全な除去方法において、ノウハウを取得した。現在までに得られている電極の写真を図2、図3に示す。今後、完成した基板にZn等のストリップを蒸着して、第3音波法により吸着ヘリウム薄膜の超流動検出と表面弾性波フォノンによる非平衡超流動の実現を試みる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1: 製作したSAW基板の模式図。
図2: フォトリソグラフィーと現像を行った後の櫛部分。
図3: Tiを3nm、Auを70nmEB蒸着し、リフトオフを行った後の櫛部分。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
装置を提供いただいている、システムデザイン研究センターの皆様に感謝いたします。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件