旋转超流体的研究提供了新的见解行为

一个属的研究提供了新的见解旋转超流体的行为。

超流体的一个定义特征是他们展览使量子化漩涡——他们只能与一个旋转,或者两个,另一个整数的旋转。

尽管如此关键的区别从古典流体,漩涡旋转可以与任何的力量,集体的许多特性漩涡在经典和量子流体动力学是相似的。

然而,在这项研究中舰队团队昆士兰大学的演示一个鲜明的区别在经典和量子流体之间的行为。作者考虑涡集群的扩张证明对于任何初始安排使量子化的漩涡,”兰金“super-vortex将形成。

“许多漩涡在超流体的行为往往是混乱和难以描述从理论上讲,“奥利弗·斯托克代尔第一作者解释道。“我们的研究克服这一挑战提供了一个精确解涡动力学。”

集群解决方案表明,手性的漩涡(漩涡,所有自旋方向相同)扩展形成恒定的密度分布,形状类似于大礼帽。这种分布的漩涡,称为兰金涡旋,禁止在经典流体由于其粘度。

为什么所有的超流体最终成为兰金分布

“超流体粘度为零,可以支持一个兰金漩涡”解释说,奥利弗。“这一发现的惊人的结果是,所有初始涡旋分布,不管他们是如何安排,扩大兰金涡旋。这种长期的等价行为被称为通用动力学机制进行了论证和超流体如何通过消耗能量使量子化漩涡。”

作者采用最近开发的理论,描述了漩涡自己作为一个流体。

“就像水动力学描述了许多流体粒子的行为,它可以用来描述许多旋涡的运动,形成一个“涡液”在普通的液体,“欧洲杯猜球平台合著者马特·里夫斯说。

“然而,涡旋流体展品额外的“反常”的压力;这些额外的部队出现由于漩涡的性质,限制他们的旋转使量子化。

异常条件给不同寻常的流体行为,包括粘度是负的。从本质上讲,负粘度导致相反的行为正常,古典流体——它将趋于陡峭涡流密度梯度,直到成为兰金涡流分布。”扩张,一个例子在涡旋流体理论在图1中,可以看到一个最初不均匀涡流流体膨胀形成兰金涡旋。

支持他们的理论研究结果,作者模拟成千上万的涡旋的动力学计算。而不是描述流体旋涡,这些模拟考虑每个涡作为单独的实体。与涡旋流体理论,作者发现任何初始涡分布扩展兰金涡旋。一个数值的例子的结果在图2中,可以看到一个高斯初始分布扩展兰金涡旋。

最后,作者从一个实验分析数据,发现涡集群在一个真正的超流体的扩张,这是使用超冷铷原子创建。

“虽然涡旋流体理论假设有很多漩涡出现,实验只能创建大约十一个漩涡。尽管低涡的数字,有证据显示,兰金涡旋出现集群扩展后,“项目负责人,教授马修·戴维斯解释道。实验漩涡在图3中,可以看到突出的白色圆圈。

本研究不仅展示第一个解决方案的复杂涡旋流体理论,它提供了理论的第一个实验测试。实验定量预测理论的关键特性,并演示了一个平台,进一步测试兰金涡旋的属性,如预测,它支持一个模拟分数量子霍尔效应。

漩涡是一种超流体系统中普遍存在的现象。努力舰队的目标产生一个超超流体晶体管,更完整的了解漩涡在超流体流动行为是必要的。这项研究由舰队团队是一个一步这样一个晶体管。

这项研究

摘要扩张的普遍动力学涡耗散的二维超流体发表在集群物理评论研究2020年7月(DOI 10.1103 / PhysRevResearch.2.033138)。

本研究进行了合作与ARC卓越中心工程量子系统(装备),中国工程物理研究院、研究生院和Dodd-Walls光子量子技术中心(新西兰)。

来源:http://www.fleet.org.au/