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図3.13 ねじれ振り子測定のブロックダイヤグラム
3.4.3 ねじれ振り子装置の構成
ねじれ振り子は外部の固定電極と振り子の電極との間に平板コンデンサーが形成され ている。振動の検出と振り子の駆動はいずれも電気的に行われ，電極間に働く電気力を 用いて振動を励起し，同様に電極間隔の変化を静電容量の変化として電気的に検出する。
図3.13はねじれ振り子測定の電気回路の概略と測定装置をブロックダイヤグラムに示し たものである。駆動電極には100V 程度のBIAS電圧が印加されており，外部の信号発 生器から発生させたサイン波の電圧を BIAS電圧に加えることで電極間に周期的外力を 発生させ，振り子がねじれる方向に力を加えることができる。また振動の検出側も同様 に電極にはBIAS電圧を印加してあらかじめ電荷が蓄えられた状態にあり，振り子がね じれる方向に変位すると電極間隔が変化することで，回路に電流が発生し，その電流を電 流AMPで増幅することで，振り子のねじれ変位を検出することができる。
第3章 実験準備
1. 0.8mK以下
この極低温領域では，希釈冷凍機による冷却を行う。低い最低到達温度を得るた めに，3He -4He mixtureの循環量を調節する必要がある。その為に冷凍機の分留 器(Still Pot)付近に取り付けたStillヒーター，その上部配管に取り付けたFillm ヒーターに適当な電流を流し，ガスを意図的に蒸発させ循環量を増やす。ガスの 循環はロータリーポンプにより行う。油拡散ポンプによるブースターを用いて循 環量を増加させ最低到達温度を下げることも可能であるが，そのことにより温度 調節が不安定になることがある。また冷凍機内を循環するガスの総量を調節する 必要があり，適宜GHS（Gas Handring System)のガスタンクにガスを戻したり，
逆に冷凍機内にポンプにより押し込んで液化させるなどしてガス量を調節する。
2. 0.8K〜1.5K
この温度域では希釈冷凍機の混合器 (Mixing Chamber)において液体3He -4He
mixtureの相分離温度を越えるため，冷却能力が不安定になり，温度を安定させ
る事が非常に難しくなる。対策としてはガスの流量を調整し希釈冷凍機内のガス 循環量を減らすことで冷却能力を多少安定させることができる。その為にStill，
Fillmヒーターの出力を切り蒸発量を減らし，ガスの循環量を調節するバルブをで
きるだけ小さく絞ることでガス流量を小さくする。
3. 3K〜1.5K
この温度域では希釈冷凍機による冷却能力を必要としない。3He -4He mixtureガ スの循環を止め，ヘリウムの気化熱を利用した1K冷凍機の冷却能力による冷却を 行う。ただし1K冷凍機と試料ステージとの間は距離が大きく離れており，配管や 配線，構造物による熱伝導だけで試料を冷却することが難しい。そのため，希釈冷 凍機の配管内に適当に3He -4He mixtureガスを導入して封じ，配管内に液体の被 膜を張らせることによって熱伝導を確保する必要がある。これにより，1K冷凍機 の冷却能力を液体の熱伝導により試料ステージまで伝えることができる。
3.5.2 温度測定とヒーター制御
安定した温度制御を行うためには，現在の温度を正確に測定し，その結果を適切に フィードバックしてヒーター出力を制御する必要がある
1K Pot
Still Pot
Mixing Chamber
Sample Stage
図3.14 測定に用いた鈴木研究室の3He -4He希釈冷凍機
第3章 実験準備
温度測定
試料容器付近には酸化ルテニウム抵抗温度計が取り付けてある。この温度計は温度に より変化する電気抵抗を測定することで温度計として用いられるものである。現在の電 気抵抗とあらかじめ得られている校正表とを比較することで現在の温度を知ることがで きる。電気抵抗の測定には4端子法による交流ブリッジで電気抵抗を測定する温度制御
装置（Lake shore 340）を用いた。極低温では電気抵抗測定の測定電流による温度計の発
熱が無視できない程度に測定に影響を与える。そのため極低温領域では測定電流を小さ くしないと温度が正確に測定できなくなるので注意が必要である。
ヒーター制御
試料の温度を任意の温度に設定し，なおかつその温度に安定させるためには試料を加 熱するヒーターを適切に制御する必要がある。今回測定に用いた温度制御装置では試料 ヒーター制御にPID制御を利用している。PID制御は温度制御だけではなく圧力制御な ど広く使われる制御方法である。