Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Saturday, 2020-10-24, 6:11 PM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Оцените наш сайт/ Please rate our website
Total of answers: 1366
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

8:49 AM
Сверхтекучие кристаллы / Superfluid crystals

Две группы физиков независимо друг от друга экспериментально получили вещество в необычном состоянии – сверхтекучего твердого тела (supersolid), которое сочетает свойства кристаллического и сверхтекучего вещества.

Возможность такого типа материи предсказали в 1969 году Александр Андреев и Илья Лифшиц и независимо Джефри Честер и Эгтони Леггет. Твердым телом данное состояние вещества называется с некоторой долей условности. Более точно его свойство отражало бы название сверхтекучий кристалл. Атомы в нем расположены в устойчивой структуре, подобно обычным кристаллам, но при этом оно может представлять собой сильно разреженный и охлажденный почти до абсолютного нуля газ. От сверхтекучих жидкостей в этой форме вещества остается их основное свойство: способность атомов двигаться без трения.

Получить вещество в таком состоянии физики пытались еще в 1980-х, но первые успешные эксперименты по его получению произошли только в XXI веке. В 2004 году Мозес Чань (Moses H. W. Chan) и Юн Шон Ким (Eunseong Kim) из Университета штата Пенсильвания провели опыты с твердым гелием-4, находящимся при очень низкой температуре и высоком давлении. Они обнаружили неожиданного уменьшения момента инерции крутильного маятника с твердым гелием, что было объяснено как проявление сверхтекучести. Однако впоследствии физики предложили другие объяснения полученных результатов. В 2012 году и сам Мозес Чань, проведя эксперимент по улучшенной методике, изложил убедительные доводы в пользу того, что сверхтекучесть в данной ситуации не возникает.

В 2009 году на ежегодной конференции Американского физического общества ученые из Калифорнийского университета в Беркли рассказали о получении сверхтекучего кристаллического рубидия. Пары рубидия были охлаждены до температуры 0,5  10-6 Кельвина, а его атомы удерживались при помощи специальных ловушек. В каждой из этих ловушек находилось по нескольку миллионов атомов, которые, как показало исследование при помощи лазера, образовали устойчивые структуры размером около пяти микрометров, а их взаимодействие друг с другом показало, что все они находятся в одном квантовом состоянии, то есть наблюдается явление сверхтекучести.

Сейчас положительные экспериментальные данные опубликовала в журнале Nature группа ученых из Центра ультрахолодных атомов Массачусетского технологического института и Гарвардского университета (MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms). Возглавлял исследователей профессор MIT Вольфганг Кеттерле (Wolfgang Ketterle).

Они сочетали испарительное охлаждение с удержанием атомов в магнитной ловушке и метод лазерного охлаждения, и в результате охладили атомы натрия до нескольких нанокельвинов. В этом состоянии натрий представляет собой особое сверхтекучее состояние разреженного газа, которое известно как конденсат Бозе – Эйнштейна. В 2001 году как раз за первое в мировой истории получение конденсата Бозе – Эйнштейна Вольфганг Кеттерле получил Нобелевскую премию по физике. В том его эксперимете также применялось удержание атомов в магнитных ловушках.

Затем при помощи лазера у половины атомов натрия был изменен спин, что привело, по сути, возникновению смеси двух сверхтекучих конденсатов Бозе – Эйнштейна. После этого лазерными лучами экспериментаторы переносили атомы из одного конденсата в другой, меняя их спин. При этом плотность конденсата спонтанно менялась, образуя своеобразные волны. Согласно теоретическим предсказаниям, такое состояние характерно именно для «сверхтекучего твердого тела». Его существование возможно только при сверхнизких температурах при сверхвысоком вакууме.

Теперь Вольфганг Кеттерле и его коллеги планируют продолжить эксперименты по спин-орбитальному взаимодействию в конденсате Бозе – Эйнштейна, чтобы выяснить свойства, получаемого состояния материи. «С помощью наших холодных атомов, мы определяем, что возможно в природе. Теперь, когда мы экспериментально доказали, что теории, предсказывающие суперсолид оказались верными, мы надеемся вдохновить дальнейшие исследования, возможно, с непредвиденными результатами», – профессор Кеттерле.

Другая группа работает в Институте квантовой электроники Швейцарской высшей технологической школы в Цюрихе (ETH Institute for Quantum Electronics) под руководством Тильмана Эсслингера (Tilman Esslinger). Она использовала альтернативный метод превращения конденсата Бозе – Эйнштейна в сверхтекучий кристалл. Исследователи поместили небольшое количество рубидия в вакуумную камеру и охладили до температуры всего на несколько миллиардных долей кельвина выше абсолютного нуля. Затем они поместили образовавшийся бозе-эйнштейновский конденсат в устройство из двух пересекающихся оптических резонансных камер, каждая из которых состоит из двух крошечных противостоящих зеркал. После этого конденсат затем освещается лазером, излучение которого рассеивалось обеих камерах. Сочетание двух световых полей в резонансных камерах заставляло атомы в конденсате принять регулярную кристаллическую структуру. При этом конденсат сохранял свойство сверхтекучести. Работа группы Эсслингера также опубликована в журнале Nature. Одновременное появление двух экспериментальных работ по сверхтекучим кристаллам показывает, насколько велик интерес исследователей к этой форме вещества.

Источник:  Максим Руссо polit.ru

Two groups of physicists independently of each experimentally obtained substance in an unusual state – a superfluid solid (to supersolid), which combines the properties of crystalline and superfluid matter.

The possibility of this type of matter predicted in 1969, Alexander Andreev and Ilya Lifshitz, and independently by Jeffrey Chester and Egton Leggett. Solid this state of matter is called with some degree of conditionality. More precisely, his property would reflect the name of the superfluid crystal. The atoms in it are in a stable structure, like ordinary crystals, but it can be a much rarefied and cooled to near absolute zero gas. From superfluid liquids in the form substances remains their main characteristic: the ability of atoms to move without friction.

A substance in such state physics tried back in the 1980s, but the first successful experiments on utilization occurred only in the XXI century. In 2004, Moses Chan (Moses H. W. Chan) and a young Sean Kim (Kim Eunseong) from Pennsylvania state University conducted experiments with solid helium-4, located at a very low temperature and high pressure. They found an unexpected reduction of the moment of inertia of a torsion pendulum with solid helium that has been explained as a manifestation of superuidity. Subsequently, however, physicists have proposed other explanations for the obtained results. In 2012, he and Moses Chan conducted the experiment on the improved methodology presented convincing arguments in favor of superfluidity in this situation does not arise.

At the 2009 annual conference of the American physical society, scientists from the University of California at Berkeley said about receiving the superfluid crystalline rubidium. A pair of rubidium was cooled to a temperature of 0.5 Kelvin 10-6, and the atoms were held with the help of special traps. In each of these traps was several million atoms, which has been shown in a study using laser, formed a stable structure with a size of about five micrometers, and their interaction with each other showed that all of them are in the same quantum state, that is, the phenomenon of superfluidity.

Now the positive experimental data published in the journal Nature, a team of scientists from the Center for ultracold atoms at mit and Harvard University (MIT-Harvard Center for Ultracold Atom). Was led by researchers MIT Professor Wolfgang Ketterle (Wolfgang Ketterle).

They combined evaporative cooling with retention of the atoms in the magnetic trap and the laser cooling and the resulting cooled sodium atoms to a few of nanokelvins. In this state, sodium is a specific superfluid state of a rarefied gas, known as condensate Bose – Einstein. In 2001, as for the first time in world history, obtaining a condensate of Bose – Einstein Wolfgang Ketterle received the Nobel prize in physics. In fact it experimate also used the retention of atoms in magnetic traps.

Then, using the laser half of the sodium atoms was changed spin, which led, in fact, the emergence of a mixture of two superfluid condensates Bose – Einstein. After that, laser beams, the experimenters transferred the atoms from one condensate to another, changing their spin. The density of the condensate spontaneously changed, forming a kind of wave. According to theoretical predictions, such as is typical for "super solids". Its existence is only possible at ultralow temperatures under ultrahigh vacuum.

Now Wolfgang Ketterle and his colleagues plan to continue experiments on spin-orbit interaction in the condensate Bose – Einstein to figure out the properties of the produced state of matter. "With the help of our cold atoms, we define what is possible in nature. Now that we have proved experimentally that the theory that predicts supersolid was correct, we hope to inspire further research, perhaps with unexpected results," Professor Ketterle.

Another group works at the Institute of quantum electronics Swiss higher technological school in Zurich (ETH Institute for Quantum Electronics) under the leadership of Esslinger Tilman (Tilman Esslinger). She used an alternative method of conversion of condensate Bose – Einstein superfluid to the crystal. The researchers put a small amount of rubidium in a vacuum chamber and cooled to a temperature only a few billionths of a Kelvin above absolute zero. Then they put the resulting Bose-Einstein condensate into the device from two intersecting optical resonant chambers, each of which consists of two tiny opposing mirrors. Then the condensate is then illuminated by a laser, the radiation of which is scattered both cameras. The combination of the two light fields in the resonance chambers made the atoms in the condensate to adopt the regular crystalline structure. The condensate retains the property of superfluidity. The work of the group of Esslinger also has been published in the journal Nature. The simultaneous appearance of two experimental studies on superfluid crystals shows how big the interest of researchers to this form of matter.

Source: Maxime Rousseau polit.ru

 

Category: Физика- Physics | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  March 2017  »
SuMoTuWeThFrSa
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links