Apa itu superfluid?

Superfluid adalah fase materi yang mampu mengalir tanpa henti tanpa kehilangan energi.Properti isotop tertentu ini ditemukan oleh Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen, dan Don Misener pada tahun 1937. Telah dicapai pada suhu yang sangat rendah dengan setidaknya dua isotop helium, satu isotop rubidium, dan satu isotop lithium.

Hanya cairan dan gas yang bisa menjadi superfluida.Misalnya, titik pembekuan helium adalah 1 K (Kelvin) dan 25 atmosfer tekanan, yang terendah dari elemen apa pun, tetapi zat tersebut mulai menunjukkan sifat superfluida pada sekitar 2 K. Transisi fase terjadi ketika semua atom konstituen dari sampel mulaimenempati keadaan kuantum yang sama.Ini terjadi ketika atom-atom ditempatkan sangat berdekatan dan mendingin begitu banyak sehingga fungsi gelombang kuantum mereka mulai tumpang tindih dan atom-atom kehilangan identitas masing-masing, berperilaku lebih seperti atom super tunggal daripada aglomerasi atom.

faktor pembatasdi mana bahan dapat menunjukkan superfluiditas dan yang tidak dapat adalah bahwa bahan harus sangat dingin (kurang dari 4 K) dan tetap cairan pada suhu dingin ini.Bahan yang menjadi padat pada suhu rendah tidak dapat mengasumsikan fase ini.Ketika didinginkan hingga suhu yang sangat rendah, satu set boson siap super, atom dengan jumlah nukleon yang merata, terbentuk menjadi kondensat Bose-Einstein, fase materi superfluida.Ketika fermion, atom dengan jumlah nukleon ganjil seperti isotop helium-3, didinginkan hingga beberapa kelvin, ini tidak cukup untuk menyebabkan transisi ini.

Karena hanya boson yang dapat dengan mudah menjadi kondensat Bose-Einstein, fermion pertama-tama harus berpasangan satu sama lain untuk menjadi superfluida.Proses ini mirip dengan pemasangan elektron Cooper yang terjadi pada superkonduktor.Ketika dua atom dengan jumlah nukleon yang ganjil berpasangan satu sama lain, mereka secara kolektif memiliki jumlah nukleon yang genap dan mulai berperilaku seperti boson, meringkas bersama menjadi keadaan superfluida.Ini disebut kondensat fermion, dan muncul hanya pada tingkat suhu MK (Millikelvin) daripada di beberapa Kelvin.Perbedaan utama antara pasangan atom dalam pasangan superfluida dan elektron dalam superkonduktor adalah bahwa pasangan atom dimediasi oleh fluktuasi putaran kuantum daripada dengan pertukaran fonon (energi getaran).bentuk materi.Karena mereka tidak memiliki viskositas internal, pusaran yang terbentuk dalam satu bertahan selamanya.Superfluida memiliki nol entropi termodinamika dan konduktivitas termal tak terbatas, yang berarti bahwa tidak ada diferensial suhu yang dapat ada antara dua superfluida atau dua bagian yang sama.Mereka juga dapat memanjat dan keluar dari wadah dalam lapisan setebal satu atom jika wadah tidak disegel.Molekul konvensional yang tertanam di dalam superfluida dapat bergerak dengan kebebasan rotasi penuh, berperilaku seperti gas.Properti menarik lainnya dapat ditemukan di masa depan.

Sebagian besar yang disebut superfluida tidak murni, tetapi sebenarnya adalah campuran komponen cairan dan komponen superfluida.Aplikasi potensial superfluida tidak sama menarik dan luasnya dengan yang dari superkonduktor, tetapi lemari es pengenceran dan spektroskopi adalah dua area di mana mereka telah menemukan penggunaan.Mungkin aplikasi yang paling menarik saat ini adalah pendidikan murni, menunjukkan bagaimana efek kuantum dapat menjadi makroskopis dalam skala dalam kondisi ekstrem tertentu.