論文の概要: A cryogenic chamber setup for superfluid helium experiments with optical fiber and electrical access
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.19962v1
- Date: Wed, 27 Aug 2025 15:17:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-28 19:07:41.678047
- Title: A cryogenic chamber setup for superfluid helium experiments with optical fiber and electrical access
- Title（参考訳）: 光ファイバーと電気アクセスを用いた超流動ヘリウム実験のための低温チャンバー構成
- Authors: Alexander R. Korsch, Niccolò Fiaschi, Simon Gröblacher,
- Abstract要約: ミルキルビン温度における希釈冷凍機内部のヘリウム室設備の設計と施工について報告する。
自動ガス処理システムを組み込むことで、室内に挿入されるヘリウムガスの量を正確に制御できる。
我々は,超流動ヘリウム膜の厚さをナノメートル以下で正確に制御し,その場で調整した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.99844472131922
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Superfluid helium is a prototypical quantum liquid. As such, it has been a prominent platform for the study of quantum many body physics. More recently, the outstanding mechanical and optical properties of superfluid helium, such as low mechanical dissipation and low optical absorption, have positioned superfluid helium as a promising material platform in applications ranging from dark matter and gravitational wave detection to quantum computation. However, experiments with superfluid helium incur a high barrier to entry as they require incorporation of complex optical and electrical setups within a hermetically sealed cryogenic chamber to confine the superfluid. Here, we report on the design and construction of a helium chamber setup for operation inside a dilution refrigerator at Millikelvin temperatures, featuring electrical and optical fiber access. By incorporating an automated gas handling system, we can precisely control the amount of helium gas inserted into the chamber, rendering our setup particularly promising for experiments with superfluid helium thin films, such as superfluid thin film optomechanics. Using silicon nanophotonic resonators, we demonstrate precise control and in-situ tuning of the thickness of a superfluid helium film on the sub-nanometer level. By making use of the exceptional tunability of the superfluid film thickness, we demonstrate optomechanically induced phonon lasing of phononic crystal cavity third sound modes in the superfluid film and show that the lasing threshold crucially depends on the film thickness. The large internal volume of our chamber (V_chamber = 1l) is adaptable for integration of various optical and electrical measurement and control techniques. Therefore, our setup provides a versatile platform for a variety of experiments in fundamental and applied superfluid helium research.
- Abstract（参考訳）: 超流動ヘリウム(superfluid helium)は、原始型量子液体である。
そのため、量子多体物理学の研究の顕著な基盤となっている。
最近では、低機械的散逸や低光学吸収などの超流動ヘリウムの優れた機械的および光学的性質が、ダークマターや重力波検出から量子計算に至るまでの応用において、超流動ヘリウムを有望な材料プラットフォームとして位置づけている。
しかし、超流動ヘリウムを用いた実験は、超流動を閉じ込めるために、密閉された極低温室内に複雑な光学的および電気的設備を組み込む必要があるため、侵入障壁が高い。
本報告では, ミリセルビン温度における希釈冷凍機内動作用ヘリウムチャンバーの設計と構築について述べる。
自動ガスハンドリングシステムを組み込むことで、チャンバーに挿入されるヘリウムガス量を正確に制御でき、超流動性ヘリウム薄膜(超流動性薄膜光学など)の実験に特に期待できる。
シリコンナノフォトニック共振器を用いて,超流動ヘリウム膜の厚さをサブナノメーターレベルで正確に制御し,その場で調整する。
超流動膜厚の例外的な調整性を利用することで、超流動膜における音速結晶キャビティ第3音モードのオプトメカニカル誘導によるフォノンラッシングを実証し、ラシング閾値が膜厚に決定的に依存することを示す。
室内の大きな内部体積(V_chamber = 1l)は、様々な光学的および電気的計測・制御技術の統合に適応できる。
そこで本装置は, 基礎および応用超流動ヘリウム研究における多種多様な実験のための多用途プラットフォームを提供する。
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