Сверхтекучее твёрдое тело

Сверхтеку́чее твёрдое те́ло (англ. Supersolid) — термодинамическая фаза квантовой жидкости, представляющей собой твёрдое тело со свойствами сверхтекучей жидкости.

Свойства

При охлаждении квантовой жидкости (конденсата Бозе — Эйнштейна) до определённой температуры она приобретает сверхтекучие свойства (в частности, нулевую вязкость, то есть отсутствие трения). Возможность сверхтекучести квантовых кристаллов была предсказана ещё в 1969 году Андреевым и Лифшицем, а также независимо Честером и Легеттом, однако экспериментально не было обнаружено никаких аномалий в свойствах твердого гелия. Лишь в 2004 году Мозес Чан и Юн Шон Ким из Пенсильванского университета, проводя эксперименты с вращательным маятником, заполненным пористым стеклом с твёрдым гелием, обнаружили неклассический момент инерции, который интерпретировали, как переход части кристалла в сверхтекучее состояние.

Данная работа стимулировала разнообразные экспериментальные исследования, однако однозначного понимания до сих пор нет. Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о том, что аномальное поведение твёрдого гелия вызвано беспорядком в кристалле, наиболее вероятные причины которого: вакансии и дислокации, межзёренные границы, стекольная или жидкая фазы. Дальнейшие эксперименты показали, что интерпретация обнаруженного эффекта как перехода твёрдого гелия в сверхтекучее состояние была ошибочной.

В 2009 году физики из Калифорнийского университета в Беркли получили газ рубидия в состоянии сверхтекучего твёрдого тела.

В научных статьях термин «supersolid» (дословно: сверхтвёрдый) описывает не твёрдое тело, а скорее кристалл, обладающий сверхтекучестью. В данном случае газообразный рубидий распределился по ячейкам, образованным полем оптической решётки, то есть атомы были вынуждены образовать кристалл, по сути оставаясь разреженным газом.

Это достижение является следующим шагом в исследовании бозе-статистики и фазовых переходов, так как ранее существовали только теоретические работы, предполагавшие возможность такого состояния материи. Учитывая, что параметрами оптической решётки в данном эксперименте легко управлять, исследователи получили удобный экспериментальный способ изучения фазовых состояний бозе-газа при различных величинах многих параметров — плотность газа, постоянная решётки, сила взаимодействия между атомами. Это может помочь в объяснении высокотемпературной сверхпроводимости и других явлений, где до сих пор нет окончательного решения по механизму, и, хотя сделано много теоретических предположений, не было надёжных методов прямой проверки.

См. также

• Твёрдый гелий
• Твёрдый рубидий

Литература

• E. Kim, M. H. W. Chan. [dx.doi.org/10.1038/nature02220 Probable observation of a supersolid helium phase] // Nature. — 2004. — Vol. 427. — P. 225-227.
• M. Vengalattore, J. Guzman, S. Leslie, F. Serwane, D. M. Stamper-Kurn. [link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.81.053612 Periodic spin textures in a degenerate F=1 <math>^{87}</math>Rb spinor Bose gas] // Physical Review A. — 2010. — Vol. 81. — P. 053612 [6 pages]. См. также [arxiv.org/abs/0901.3800 в архиве препринтов].
• A. B. Kuklov, N. V. Prokof’ev, B. V. Svistunov. [dx.doi.org/10.1103/Physics.4.109 Trend: How Solid is Supersolid?] // Physics. — 2011. — Vol. 4. — P. 109.

Ссылки

• P. Ball. [www.nature.com/nsu/040112/040112-7.html Glimpse of a new type of matter] // Nature News, 15 January 2004.
• J. Gyekis [www.rps.psu.edu/probing/supersolid.html What is a supersolid?] // The Pennsylvania State University

Отрывок, характеризующий Сверхтекучее твёрдое тело

– II n'y a rien qui restaure, comme une tasse de cet excellent the russe apres une nuit blanche, [Ничто так не восстановляет после бессонной ночи, как чашка этого превосходного русского чаю.] – говорил Лоррен с выражением сдержанной оживленности, отхлебывая из тонкой, без ручки, китайской чашки, стоя в маленькой круглой гостиной перед столом, на котором стоял чайный прибор и холодный ужин. Около стола собрались, чтобы подкрепить свои силы, все бывшие в эту ночь в доме графа Безухого. Пьер хорошо помнил эту маленькую круглую гостиную, с зеркалами и маленькими столиками. Во время балов в доме графа, Пьер, не умевший танцовать, любил сидеть в этой маленькой зеркальной и наблюдать, как дамы в бальных туалетах, брильянтах и жемчугах на голых плечах, проходя через эту комнату, оглядывали себя в ярко освещенные зеркала, несколько раз повторявшие их отражения. Теперь та же комната была едва освещена двумя свечами, и среди ночи на одном маленьком столике беспорядочно стояли чайный прибор и блюда, и разнообразные, непраздничные люди, шопотом переговариваясь, сидели в ней, каждым движением, каждым словом показывая, что никто не забывает и того, что делается теперь и имеет еще совершиться в спальне. Пьер не стал есть, хотя ему и очень хотелось. Он оглянулся вопросительно на свою руководительницу и увидел, что она на цыпочках выходила опять в приемную, где остался князь Василий с старшею княжной. Пьер полагал, что и это было так нужно, и, помедлив немного, пошел за ней. Анна Михайловна стояла подле княжны, и обе они в одно время говорили взволнованным шопотом:
– Позвольте мне, княгиня, знать, что нужно и что ненужно, – говорила княжна, видимо, находясь в том же взволнованном состоянии, в каком она была в то время, как захлопывала дверь своей комнаты.
– Но, милая княжна, – кротко и убедительно говорила Анна Михайловна, заступая дорогу от спальни и не пуская княжну, – не будет ли это слишком тяжело для бедного дядюшки в такие минуты, когда ему нужен отдых? В такие минуты разговор о мирском, когда его душа уже приготовлена…
Князь Василий сидел на кресле, в своей фамильярной позе, высоко заложив ногу на ногу. Щеки его сильно перепрыгивали и, опустившись, казались толще внизу; но он имел вид человека, мало занятого разговором двух дам.
– Voyons, ma bonne Анна Михайловна, laissez faire Catiche. [Оставьте Катю делать, что она знает.] Вы знаете, как граф ее любит.
– Я и не знаю, что в этой бумаге, – говорила княжна, обращаясь к князю Василью и указывая на мозаиковый портфель, который она держала в руках. – Я знаю только, что настоящее завещание у него в бюро, а это забытая бумага…
Она хотела обойти Анну Михайловну, но Анна Михайловна, подпрыгнув, опять загородила ей дорогу.
– Я знаю, милая, добрая княжна, – сказала Анна Михайловна, хватаясь рукой за портфель и так крепко, что видно было, она не скоро его пустит. – Милая княжна, я вас прошу, я вас умоляю, пожалейте его. Je vous en conjure… [Умоляю вас…]
Княжна молчала. Слышны были только звуки усилий борьбы зa портфель. Видно было, что ежели она заговорит, то заговорит не лестно для Анны Михайловны. Анна Михайловна держала крепко, но, несмотря на то, голос ее удерживал всю свою сладкую тягучесть и мягкость.
– Пьер, подойдите сюда, мой друг. Я думаю, что он не лишний в родственном совете: не правда ли, князь?
– Что же вы молчите, mon cousin? – вдруг вскрикнула княжна так громко, что в гостиной услыхали и испугались ее голоса. – Что вы молчите, когда здесь Бог знает кто позволяет себе вмешиваться и делать сцены на пороге комнаты умирающего. Интриганка! – прошептала она злобно и дернула портфель изо всей силы.
Но Анна Михайловна сделала несколько шагов, чтобы не отстать от портфеля, и перехватила руку.
– Oh! – сказал князь Василий укоризненно и удивленно. Он встал. – C'est ridicule. Voyons, [Это смешно. Ну, же,] пустите. Я вам говорю.
Княжна пустила.
– И вы!
Анна Михайловна не послушалась его.
– Пустите, я вам говорю. Я беру всё на себя. Я пойду и спрошу его. Я… довольно вам этого.