html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Физики впервые разглядели хиральные домены в сверхтекучем гелии-3


J. Kasai et al. / Phys. Rev. Lett.

Японские физики использовали магнитно-резонансную спектроскопию для исследования сверхтекучего гелия-3 и впервые разглядели в нем образование хиральных доменных стенок, которое ранее косвенно подтверждалось в других экспериментах. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

В нормальных условиях гелий-3 находится в газообразном состоянии, однако при понижении температуры начинает проявлять необычные свойства. Так, при охлаждении до 3,2 кельвина гелий-3 превращается в жидкость, а при температуре менее 2,6 милликельвинов и давлении более 34 атмосфер становится сверхтекучим — другими словами, трение между соседними слоями жидкости исчезает, и она свободно протекает даже через самые узкие капилляры. Это объясняется тем, что гелий-3 переходит в состояние бозе-конденсата, в котором все частицы находятся в одном и том же квантовом состоянии с наименьшей возможной энергией, а движение конденсата можно описывать общей волновой функцией, фаза и амплитуда которой меняется от точки к точке. При этом отдельные молекулы гелия-3, спин которых равен ½, объединяются в пары, аналогичные куперовским парам электронов, и образуют бозоны — частицы с целым спином. Подробнее про конденсат Бозе-Эйнштейна можно прочитать в нашем тексте «Квантовые газы при низких температурах», а про куперовские пары — в материале «Ниже критической температуры».

Этот факт существенно отличает жидкий гелий-3 от других сверхтекучих жидкостей, частицы которых изначально являются бозонами (например, гелий-4). Существующая теория предполагает, что при низких температурах гелий-3 можно рассматривать как хиральную сверхтекучую жидкость (chiral superfluid). Грубо говоря, структура такой жидкости напоминает магнитные домены в ферромагнетиках — в пределах одного хирального домена угловые моменты частиц направлены в одну и ту же сторону, а сами домены разделены стенками, на которых направление углового момента меняется на противоположное. При этом размеры хиральных доменов и стенок могут достигать десятых долей миллиметра. Слово «хиральный» в данном случае появляется, чтобы подчеркнуть отсутствие в такой структуре симметрии относительно зеркального отражения. Впоследствии подобное упорядочивание было подтверждено в многочисленных косвенных экспериментах — например, при измерении крутильных колебаний или исследовании влияния внутренней силы Магнуса (intrinsic Magnus force) на движение электронов в гелии-3. Тем не менее, напрямую доменные стенки ученым разглядеть не удавалось.

Доменная структура ферромагнетика


Группа ученых под руководством Ютака Сасаки (Yutaka Sasaki) применила разработанную ими технику магнитно-резонансной спектроскопии (МРТ) для исследования структуры сверхтекучего гелия-3 и впервые смогла увидеть в нем образование доменных стенок при температуре ниже критической. Работа этой техники полагается на явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — резонансного поглощения энергии внешнего магнитного поля ядрами с ненулевым спином. Грубо говоря, при помещении такого ядра в переменное магнитное поле его магнитный момент начинает колебаться, «заимствуя» энергию из внешнего поля; в случае, когда частота изменений поля совпадает с резонансной частотой переходов, колебания раскачиваются особенно сильно. Более строго про ЯМР рассказывается, например, в этой статье. Важно, что в случае гелия-3 интенсивность поглощенного сигнала зависит от ориентации угловых моментов частиц, и это позволяет различить области с противоположно направленными моментами, а также доменные стенки. В частности, в эксперименте со сверхтекучим гелием-3 ученым удалось добиться пространственного разрешения картинки порядка десяти микрометров.

В этом эксперименте ученые помещали жидкий гелий-3 в ячейку толщиной около 0,1 миллиметра и шириной порядка нескольких миллиметров, которая находилась внутри магнитной катушки. Охлаждая образец до двух милликельвинов, физики наблюдали в нем образование изогнутых доменных стенок, отстоящих друг от друга примерно на один-два миллиметра. Эта структура оставалась стабильной вплоть до критической температуры около 2,4 милликельвинов, при которой гелий-3 перестает быть сверхтекучим. Как и ожидалось, выше этой температуры стенки пропадали, а при повторном охлаждении появлялись снова, но уже в другом месте. По словам ученых, это указывает на то, что образование доменов в сверхтекучем гелии происходит спонтанно и не связано с внутренними примесями или внешними граничными условиями.

МРТ-изображения образца, находящегося в нормальной (a, b) и сверхтекучей (d, e, f) фазе; цвет отвечает интенсивности поглощенного сигнала. На графике (c) приводится более подробный спектр поглощения нормальной (синяя линия) и сверхтекучей (красная) фазы

J. Kasai et al. / Phys. Rev. Lett.


Ученые отмечают, что разработанную ими технику можно применять не только для исследования доменов, но и для визуализации других топологических объектов в топологических сверхтекучих жидкостях, таких как спин-массовые вихри (spin-mass vortex), вихревые листы (vortex sheet) и полуквантовые вихри (half-quantum vortex).

В июне 2017 года исследователи из Италии, Канады, Финляндии и Великобритании впервые создала систему, которая ведет себя как сверхтекучая жидкость при комнатной температуре. В ее основе лежат экситонные поляритоны в флуоресцентном красителе, которые переходят в состояние бозе-конденсата подобно жидкому гелию. А в марте того же года двум другим группам ученых удалось получить сверхтекучее твердое тело, одновременно обладающее свойствами кристалла и переходящее в сверхтекучее состояние.

В июне 2015 года японский физик Хироки Сайто теоретически показал, что в сверхтекучих средах можно плавать, как в обычной воде, хотя трение между слоями жидкости отсутствует. Правда, в этом случае движение происходит без образования волн и турбулентностей.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • исследования
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции