Chování supratekutin v nanoprostoru
Tým vědců z Matfyzu publikoval článek v prestižním časopise Physical Review Letters. V nové studii Decay of Two-Dimensional Superfluid Turbulence over Pinning Surface se vědci zabývají rozpadem kvantové turbulence v supratekutinách.
Studie Filipa Novotného, Marka Talíře a Emila Vargy z Katedry fyziky nízkých teplot se dostala až mezi editorské tipy vědeckého časopisu Physical Review Letters. Výzkum zkoumá rozpad dvoudimenzionální supratekuté turbulence nad drsnými povrchy.
Supratekutiny jsou známé svou schopností proudit přes velmi úzké štěrbiny s nulovou ztrátou energie. Tato situace se však komplikuje, jakmile do systému vstoupí atomárně tenké kvantované víry. Když se tyto víry začnou pohybovat, vznikne jev podobný tření, kterému se v případě supravodičů říká flux creep neboli relaxace magnetického toku.
„V této práci jsme experimentálně pozorovali rozpadající se turbulenci sestávající z chaotického pohybu tisíců kvantovaných vírů ve štěrbinách o tloušťce pouze 500 nm, tedy přibližně tloušťky jedné červené krvinky. Turbulenci jsme vytvářeli a pozorovali v 4He, které přechází do kapalného stavu při 4,2 K (−269 °C) a stává se supratekutým pod 2,17 K. Supratekuté helium jsme nechali natékat do nanofluidických kanálků vyrobených optickou litografií a víry v něm jsme pozorovali pomocí tlumení čtvrtého zvuku, což je kombinovaná vlna tlaku a teploty, která se rozptyluje na jádrech kvantovaných vírů,“ popisuje dr. Emil Varga.
Pohyb vírů nad drsnými povrchy, při kterém kvantované
víry stochasticky přeskakují z jedné poruchy povrchu na jinou, lze
makroskopicky popsat jako tření závislé na rychlosti. Tento model zachycuje,
jak víry zůstávají „uvězněné“ (angl. pinned) na
mikroskopických nerovnostech povrchu, dokud je nezmobilizuje okolní
proudění. To poskytuje relativně jednoduchý způsob simulace proudění
supratekutin v nanoměřítku a nabízí (možné) paralely s klasickým
kvazi-2D prouděním nad neuspořádanou topografií, jako jsou například
proudy v oceánech a atmosféře.
Novotný, F., Talíř, M., Varga, E. Decay of Two-Dimensional Superfluid Turbulence over Pinning Surface. Phys. Rev. Lett. 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/qrrj-p85y
