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2025-10-24 00:02:00
オーストラリアのクイーンズランド大学の研究者らは、波の力学の研究を小型化するために、シリコンチップ上に微細な「海」を作成した。
この装置は UQ の数学物理学部で作られ、米粒より小さいチップ上にわずか数百万分の数ミリメートルの厚さの超流動ヘリウムの層を使用しています。
クリストファー・ベイカー博士は、これは世界最小の波動水槽であり、超流動ヘリウムの量子特性により抵抗なく流れることができ、これほど小さいスケールでは粘性によって固定化される水などの古典的な流体とは異なると述べた。
「流体がどのように動くかの研究は何世紀にもわたって科学者を魅了してきました。流体力学は海の波やハリケーンの渦から、私たちの体を通る血液や空気の流れに至るまで、あらゆるものを支配しているからです」とベイカー博士は述べた。
しかし、波や乱流の背後にある物理学の多くは謎に包まれています。
「システム内の波の駆動と測定の両方にレーザー光を使用して、私たちはさまざまな衝撃的な現象を観察しました。前方ではなく後方に傾いた波、ショックフロント、およびピークではなく窪みとして伝わるソリトンとして知られる孤立波が見られました。このエキゾチックな挙動は理論的には予測されていましたが、これまでに見たことはありませんでした。」
ワーウィック・ボーエン教授は、クイーンズランド州量子光学研究所のチップスケールのアプローチにより、実験時間を100万倍に圧縮し、データ収集日数をミリ秒まで短縮できる可能性があると述べた。
「従来の研究室では、科学者は、津波や荒波などの浅海の力学を研究するために、長さ数百メートルにも及ぶ巨大な波浪を使用していました」とボーエン氏は述べた。 「しかし、これらの施設は、自然界に見られる波の複雑さのほんの一部にしか到達しません。
「乱流と非線形波動は、天候、気候、さらには風力発電所などのクリーン エネルギー技術の効率を左右します。私たちの小型デバイスは、これらの複雑な挙動を引き起こす非線形性を 100,000 倍以上増幅します。これらの影響を量子レベルの精度でチップ スケールで研究できるようになれば、私たちがそれらを理解し、モデル化する方法が変わる可能性があります。」
ボーエン氏は、UQ の開発はプログラム可能な流体力学への道を開くと述べた。 「このシステムの幾何学形状と光学フィールドは、半導体チップに使用されるものと同じ技術を使用して製造されているため、流体の実効重力、分散、非線形性を非常に高い精度で設計できます。
「将来の実験では、この技術を使用して流体力学の新しい法則を発見し、タービンから船体に至るまでの技術の設計を加速することができます。
「この小さなプラットフォームでの実験は、天気を予測し、エネルギーカスケード、さらには量子渦力学（古典流体力学と量子流体力学の両方の中心となる問題）を探索する能力を向上させるでしょう。」
この研究は『Science』誌に掲載されています。
#海の波を模倣した微細な波動機械