Nanoresonador y helio superfluido: avance en líquidos cuánticos exprés
Un fluido sin fricción, que fluye eternamente, eso es la superfluidez. El helio-3 la adquiere solo a milésimas de grado por encima del cero absoluto. La teoría de este estado fue desarrollada por Lev Landau y Richard Feynman. Aquí, el orden cuántico está protegido por una brecha energética: una coraza invisible que se puede comparar con una cuerda tensa: mientras la perturbación es débil, el sonido es puro. En el nuevo experimento, el helio fue encerrado en canales de cientos de nanómetros de espesor y, como una cuerda minúscula, se le hizo vibrar. A baja amplitud, la superfluidez se mantenía, pero al intensificar el "pellizco", la frecuencia empezó a descender. La cuerda se desafinó: el flujo rompió la protección, suprimió la brecha y en el sistema aumentó la entropía, la medida del desorden.
Midiendo la caída de frecuencia, los científicos calcularon la velocidad crítica a la que la protección desaparece. Los resultados coincidieron con la teoría. Este enfoque abre el camino para crear sensores ultrasensibles y dispositivos cuánticos basados en fluidos superfluidos.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.27131
Superfluidity in $$^3$$He exhibits many unique properties that are of interest to modern condensed matter research, including multiple superfluid phase transitions, topological defects, and exotic classes of excitations like Majorana and Weyl fermions. Many of the most interesting theoretical proposals, which remain underexplored, are realized in highly confined geometries, where surface effects play a dominant role in the thermodynamic and hydrodynamic properties. We have developed nanofluidic resonators capable of exciting a fourth-sound acoustic mode in thin channels with a highly confined dimension ($$750-1800$$ nm) that is only $$1-2$$ orders of magnitude larger than the superfluid coherence length. When a sufficiently large drive force is applied, we observe a non-linear softening of the resonance that we interpret as due to the flow suppression of the superfluid gap. We have developed a model of the device that allows the resonance amplitude to be calibrated into a superfluid velocity, which exhibits critical behavior at particular velocities. We identify one of the observed critical velocities as being the velocity at which the gap component parallel to the flow is suppressed to zero. We compare the calibrated velocity to the prediction of a Ginzburg-Landau model, and find reasonable agreement. This measurement represents an ongoing effort to link the hydrodynamic measurements of these nanofluidic devices to theoretical predictions regarding surface gap suppression and surface-bound states.
En todo el helio común, el helio-3 es la impureza más rara: apenas una partícula por millón. Su superfluidez se 'enciende' a solo 0,0025 grados por encima del cero absoluto.