superfluid คืออะไร?

superfluid เป็นขั้นตอนของสสารที่สามารถไหลได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดโดยไม่สูญเสียพลังงานคุณสมบัติของไอโซโทปบางชนิดนี้ถูกค้นพบโดย Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen และ Don Misener ในปี 1937 มันประสบความสำเร็จที่อุณหภูมิต่ำมากโดยมีไอโซโทปอย่างน้อยสองไอโซโทปหนึ่งไอโซโทปของรูบิเดียมและไอโซโทปหนึ่งไอโซโทป

ของเหลวและก๊าซเท่านั้นที่สามารถเป็น superfluidsตัวอย่างเช่น Heliums Freezing Point คือ 1 K (Kelvin) และ 25 บรรยากาศของความดันต่ำสุดขององค์ประกอบใด ๆ แต่สารเริ่มแสดงคุณสมบัติ superfluid ที่ประมาณ 2 K การเปลี่ยนแปลงเฟสเกิดขึ้นเมื่ออะตอมทั้งหมดของตัวอย่างเริ่มต้นครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกันสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมถูกวางไว้ใกล้กันมากและทำให้เย็นลงมากจนฟังก์ชั่นคลื่นควอนตัมของพวกเขาเริ่มทับซ้อนกันและอะตอมจะสูญเสียอัตลักษณ์ส่วนบุคคลของพวกเขาทำตัวเหมือน super-atom เดียวมากกว่าการรวมตัวกันของอะตอม

ปัจจัย จำกัดวัสดุใดที่สามารถแสดง superfluidity และไม่สามารถทำได้คือวัสดุจะต้องเย็นมาก (น้อยกว่า 4 k) และยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิเย็นนี้วัสดุที่กลายเป็นของแข็งที่อุณหภูมิต่ำไม่สามารถสันนิษฐานได้ว่าเฟสนี้เมื่อเย็นลงถึงอุณหภูมิที่ต่ำมากชุด bosons ที่พร้อม superfluid อะตอมที่มีจำนวนนิวเคลียสสม่ำเสมอจะกลายเป็นคอนเดนเสท Bose-Einstein ซึ่งเป็นเฟสฟีลฟลูอิดของสสารเมื่อ Fermions อะตอมที่มีนิวเคลียสจำนวนคี่เช่นไอโซโทปฮีเลียม -3 จะถูกทำให้เย็นลงไปไม่กี่เคลวินนี่ไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้

เพราะมีเพียง bosons เท่านั้นที่สามารถกลายเป็นคอนเดนเสท Bose-Einstein ได้อย่างง่ายดาย Fermions ต้องจับคู่กันก่อนเพื่อที่จะได้กลายเป็น superfluidกระบวนการนี้คล้ายกับการจับคู่อิเล็กตรอนของคูเปอร์ที่เกิดขึ้นในตัวนำยิ่งยวดเมื่อสองอะตอมที่มีนิวเคลียสจำนวนคี่จับคู่กันพวกมันรวมกันเป็นจำนวนนิวเคลียสและเริ่มทำตัวเหมือน bosons รวมเข้าด้วยกันในสถานะ superfluidสิ่งนี้เรียกว่าคอนเดนเสท Fermion และปรากฏขึ้นเฉพาะที่ระดับอุณหภูมิ MK (Millikelvin) มากกว่าที่เคลวินไม่กี่ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการจับคู่อะตอมในการจับคู่ superfluid และอิเล็กตรอนในตัวนำยิ่งยวดคือการจับคู่อะตอมนั้นเป็นสื่อกลางโดยการแลกเปลี่ยนควอนตัมสปินรูปแบบของสสารเนื่องจากพวกเขาไม่มีความหนืดภายในกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นภายในหนึ่งยังคงมีอยู่ตลอดไปSuperfluid มีเอนโทรปีอุณหพลศาสตร์และการนำความร้อนที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งหมายความว่าไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองฟลูฟลูอิดหรือสองส่วนของส่วนเดียวกันพวกเขายังสามารถปีนขึ้นไปและออกจากภาชนะในชั้นความหนาหนึ่งอะตอมหากภาชนะไม่ปิดผนึกโมเลกุลทั่วไปที่ฝังอยู่ภายใน superfluid สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยเสรีภาพในการหมุนเต็มรูปแบบทำตัวเหมือนก๊าซคุณสมบัติที่น่าสนใจอื่น ๆ อาจถูกค้นพบในอนาคต

superfluids ที่เรียกว่าส่วนใหญ่ไม่ได้บริสุทธิ์ แต่ในความเป็นจริงการผสมผสานของส่วนประกอบของเหลวและส่วนประกอบ superfluidแอปพลิเคชั่นที่มีศักยภาพของ superfluids นั้นไม่น่าตื่นเต้นและหลากหลายเท่ากับตัวนำยิ่งยวด แต่ตู้เย็นเจือจางและสเปกโทรสโกปีเป็นสองพื้นที่ที่พวกเขาพบว่ามีการใช้งานบางทีแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจที่สุดในปัจจุบันคือการศึกษาอย่างหมดจดโดยแสดงให้เห็นว่าผลกระทบควอนตัมสามารถกลายเป็นขนาดมหึมาได้อย่างไรภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงบางอย่าง