Co to jest superfluid?

Superfluid jest fazą materii zdolnej do bez końca bez utraty energii.Ta własność niektórych izotopów została odkryta przez Pyotra Leonidovicha Kapitsa, Johna F. Allena i Dona Misenera w 1937 r. Osiągnięto ją w bardzo niskich temperaturach z co najmniej dwoma izotopami helu, jednym izotopem Rubidium i jednym izotopem litowym.

Tylko ciecze i gasy mogą być superfluidami.Na przykład punkt zamrażania helu wynosi 1 K (Kelvin) i 25 atmosfery ciśnienia, najniższy z dowolnego elementu, ale substancja zaczyna wykazywać właściwości superfluidowe przy około 2 K. Przejście fazowe zachodzi, gdy zaczynają się wszystkie atomy składowe próbki, które zaczynająZajmij ten sam stan kwantowy.Dzieje się tak, gdy atomy są umieszczone bardzo blisko siebie i ochłodzone tak bardzo, że ich funkcje fali kwantowej zaczynają się nakładać, a atomy tracą indywidualne tożsamość, zachowując się bardziej jak pojedynczy super-atom niż aglomeracja atomów.na których materiały mogą wykazywać nadflustetyczność, a której nie może być bardzo bardzo zimny (mniej niż 4 K) i pozostać płynny w tej niskiej temperaturze.Materiały, które stają się solidne w niskich temperaturach, nie mogą zakładać tej fazy.Po schłodzeniu do bardzo niskich temperatur, zestaw bozonów gotowych do nadciśnienia, atomy z parzystą liczbą nukleonów, tworzy się w kondensat bose-einstein, superfluidową fazę materii.Gdy fermiony atomy z nieparzystą liczbą nukleonów, takich jak izotop hel-3, są chłodzone do kilku Kelvin, nie jest to wystarczające, aby spowodować to przejście.

Ponieważ tylko bozony mogą z łatwością stać się kondensatem Bose-Einsteina, Fermiony muszą najpierw sparować ze sobą, aby stać się superfluidem.Proces ten jest podobny do parowania Coopera elektronów występujących w nadprzewodnikach.Kiedy dwa atomy z nieparzystymi nukleonami łączą się ze sobą, łącznie posiadają parzystą liczbę nukleonów i zaczynają zachowywać się jak bozony, kondensując w stan nadprzepływający.Nazywa się to kondensatem fermion i pojawia się tylko na poziomie temperatury MK (Millikelvin), a nie na kilku Kelvinach.Kluczową różnicą między parą atomów w superfluidowej i elektronowej parowaniu w nadprzewodniku polega na tym, że w parowaniu atomowym pośredniczą fluktuacje spinowe, a nie wymiana fonona (energia wibracyjna). Superfluidy mają imponujące i unikalne właściwości, które odróżniają je od innychformy materii.Ponieważ nie mają wewnętrznej lepkości, wir utworzony w ramach jednego utrzymuje się na zawsze.Superfluid ma zerową entropię termodynamiczną i nieskończoną przewodność cieplną, co oznacza, że nie może istnieć różnica temperatury między dwoma superfluidami lub dwiema częściami tego samego.Mogą również wspinać się na pojemnik w warstwie jeden atomowej, jeśli pojemnik nie jest uszczelniony.Konwencjonalna cząsteczka osadzona w superfluidie może poruszać się z pełną swobodą obrotową, zachowując się jak gaz.Inne interesujące właściwości można odkryć w przyszłości.

Większość tak zwanych superfluidów nie jest czysta, ale w rzeczywistości są mieszaniną komponentu płynnego i komponentu superfluidowego.Potencjalne zastosowania superfluidów nie są tak ekscytujące i szeroko zakrojone, jak zastosowania nadprzewodników, ale lodówki i spektroskopia rozcieńczające to dwa obszary, w których znaleźli użycie.Być może najciekawszym zastosowaniem jest dzisiaj czysto edukacyjne, pokazujące, w jaki sposób efekty kwantowe mogą stać się makroskopowe w skali w pewnych ekstremalnych warunkach.