捕获漩涡在薄超流体的电影

昆士兰大学的物理学家已经阐明如何小漩涡(漩涡)被困在超流体的障碍。

超流体是一种量子物质流没有粘性,因此不可以慢下来了由于摩擦。

第二个超流体的定义特征是它们只支持使量子化旋转的漩涡只能以力量旋转一个,两个,或任何整数。这意味着,不同于古典流体,超流体旋涡无限期持续下去,不失去他们的力量——他们可以,然而,与其他漩涡旋转湮灭。

许多超流态的性质,例如它能够支持dissipationless流——强烈依赖于涡旋动力学。一个反复出现的和动态的共同特征是把拔掉的漩涡缺陷在超流体。然而,直到现在还没有全面的描述这些现象在零温度超流体。

在这项研究中,研究人员电弧在低能电子技术卓越中心(船队)昆士兰大学的揭示涡流固定的基本机制,在一个二维的超流体拔掉。

一旦增强理论知识在实验中证实了涡流固定在超冷超流体系统中,扩展室温超流体系统可以帮助未来超能效超流体涡控制电子产品。

“这个问题相关的不同范围的系统,”主要作者解释说奥利弗·斯托克代尔。“例如,实验与薄膜超流氦经常遇到漩涡相互作用缺陷引起的表面粗糙度在纳米尺度上。”

“然而,同样的问题也在天文尺度有关。突然旋转中子星与射电望远镜观察到的故障被认为是由10以上的固定和随后的拔掉¹⁹恒星的地壳漩涡。”

UQ作者研究这个复杂的现象,最简单的系统设计。他们数值模拟一个使量子化涡散射了圆形超流体的缺陷和产生的动力学特征。可以看到一个简单的示意图如图1所示。

虽然系统本身是相当简单,物理基础的过程相当丰富。

“我们首先开发了一个分析模型,描述了涡的慢动态移动过去把站点没有散射,”合著者马特·里夫斯说。“我们发现涡过去的轨迹缺陷强烈取决于其初始位置。一些轨迹经历重大的曲率,并通过缺陷,而另一些人则不喜欢。”

在政权涡是移动非常缓慢,漩涡从来没有成为固定的缺陷。这是众所周知的保守的政权。一个例子可以看到轨迹如图2所示。

但是,如果漩涡开始在轨迹,表现出显著的曲率,涡可以以声音的形式辐射能量。如果它失去了足够的能量,它可以在一个封闭的缺陷,成为固定的轨迹。这个政权,被称为“落在的政权,也是如图2所示。

这两个政权的漩涡是进展相对缓慢。当涡方法缺陷的速度,它可以诱发一双vortex-antivortex内部的缺陷。即将到来的涡与新创建的antivortex湮灭掉,留下新创建的涡成为固定。在这里,能量损失的形式来毁灭事件通过声波的破裂。这种机制被称为“对创建的政权,如图3所示。

当涡旋移动更快,对形成过程是相同的。然而,由于即将到来的漩涡已经更多的能量,能量释放通过声音破裂并不足以让新创建的漩涡缺陷。结果,新的涡逃离的缺陷,没有将发生。图3显示了一个示例轨迹的政权,被称为“太快的政权。

“我们的分析显示,这四个政权描述所有可能的相互作用和超流体旋涡之间的固定机制缺陷,”合著者马特戴维斯解释道。“每一个政权可能被考虑到涡旋能量和声音的发射能量,这对漩涡将是至关重要的。”

现在把理解的机制,作者将注意力转向什么类型的缺陷最佳陷阱漩涡。相图的绘制出漩涡将涡流速度和初始位置的函数,他们发现强劲,但小缺陷最有效的漩涡。

“与我们增强涡流固定的知识,我们希望我们的理论工作现在可以意识到在实验中,”奥利弗说。“我们预计,超冷原子气体超流体,漩涡和固定缺陷可以经常创建和操作,将是一个最佳的设置来测试我们的预测。然而,系统如exciton-polariton冷凝物将是激动人心的探索也由于他们driven-dissipative性质和主机室温超流态的能力。”

涡动力学的理解在超流体系统对舰队的一个至关重要的目标开发高效超流体晶体管。本研究将朝着这一目标迈进了一步,获得更深的理解如何在超流体控制漩涡——这个任务可能需要减轻副作用引起的漩涡。

这篇论文涡动力学机制将在超流体薄膜发表在物理评论快报2021年12月(DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.255302)。

相应的视频轨迹图2和图3所示在这里。