Mi az a szuperfluid?

A Superfluid az anyag egy olyan fázisa, amely energiavesztés nélkül végtelenül áramlik.Bizonyos izotópok ezt a tulajdonságát Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen és Don Misener fedezte fel 1937 -ben. Nagyon alacsony hőmérsékleten értek el, legalább két hélium izotópja, egy rubidium izotópja és egy lítium izotópja.

Csak a folyadékok és a gázok lehetnek szuperfluidok.Például a hélium fagyasztási pontja 1 K (Kelvin) és 25 nyomás légkör, a legalacsonyabb bármely elem közül, de az anyag szuperfluid tulajdonságokat mutat, kb. 2 K -nál. A fázisátmenet akkor fordul előelfoglalja ugyanazt a kvantumállapotot.Ez akkor fordul elő, amikor az atomokat nagyon közel állnak egymáshoz, és annyira lehűtik, hogy kvantumhullám-funkcióik átfedésben vannak, és az atomok elveszítik az egyéni identitásukat, inkább egyetlen szuper-atomként viselkednek, mint az atomok agglomerációja.Mely anyagokon lehet szuperfolyadék, és nem tudja, hogy az anyagnak nagyon hidegnek (kevesebb, mint 4 K) -nek kell lennie, és folyékony maradni kell ezen a hideg hőmérsékleten.Azok az anyagok, amelyek alacsony hőmérsékleten szilárdvá válnak, nem feltételezhetik ezt a fázist.Ha nagyon alacsony hőmérsékletre hűtik, egy szuperfluidra kész bozonkészlet, egyenletes nukleonokkal rendelkező atomok, Bose-Einstein kondenzátum, az anyag szuperfluid fázisamá alakulnak ki.Ha a páratlan számú nukleonnal rendelkező fermionokat, például a hélium-3 izotópot néhány Kelvin-re lehűtik, ez nem elegendő ennek az átmenetnek az oka.

Mivel csak a bozonok lehetnek könnyen Bose-Einstein kondenzátummá válhatnak, a fermionoknak először párosulniuk kell egymással annak érdekében, hogy szuperfluidá váljanak.Ez a folyamat hasonló az elektronok Cooper párosításához, amely a szupravezetőknél fordul elő.Amikor két páratlan nukleonnal rendelkező atom párosul egymással, együttesen egyenletes számú nukleonnal rendelkeznek, és elkezdenek viselkedni, mint a bozonok, és együttesen szuperfluid állapotba kondenzálódnak.Ezt fermion kondenzátumnak nevezzük, és csak az MK (Millikelvin) hőmérsékleti szintjén jelenik meg, nem pedig néhány kelvinnél.A szuprahártya -szuperfluid és az elektron párosítás közötti atompárosítás közötti legfontosabb különbség az, hogy az atomi párosítást a kvantum spin ingadozások, nem pedig a fonon (vibrációs energia) cseréje közvetíti.az anyag formái.Mivel nincs belső viszkozitásuk, az egyikben kialakult örvény örökké fennmarad.A szuperfluid nulla termodinamikai entrópiával és végtelen hővezető képességgel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy nem létezhet hőmérsékleti különbség két szuperfluid vagy két része között.Emellett felmászhatnak egy tartályból egy atom vastag rétegben, ha a tartály nincs lezárva.A szuperfluidba ágyazott hagyományos molekula teljes rotációs szabadsággal mozoghat, mint egy gáz.További érdekes tulajdonságok felfedezhetők a jövőben.A szuperfluidok potenciális alkalmazása nem olyan izgalmas és széles körű, mint a szupravezetők, de a hígító hűtőszekrények és a spektroszkópia két olyan terület, ahol találtak felhasználást.A mai talán a legérdekesebb alkalmazás tisztán oktatás, amely megmutatja, hogy a kvantumhatások mikroszkópossá válhatnak bizonyos szélsőséges körülmények között.