Сверхтвёрдость рождается на границе жидкостей ⚡ экспресс
Показано, что сверхтвёрдость может возникать из взаимодействия мод на границе раздела сверхтекучей и твёрдой фаз для широкого класса сверхтекучих систем, без изменения объёмных взаимодействий. С помощью аналитического и численного анализа связанных сверхтекучего и фононного полей получен критерий неустойчивости с образованием модуляции плотности, зависящий от размерности системы. В сверхтекучем гелии неустойчивость впервые проявляется на ротонной моде, тогда как в бозе-эйнштейновском конденсате с контактным взаимодействием — на наименьшем доступном волновом векторе, определяемом размером системы. За порогом неустойчивости основное состояние приобретает пространственную модуляцию плотности вблизи границы, тогда как объём остаётся сверхтекучим, образуя гибридную сверхтекуче-сверхтвёрдую фазу. Результат открывает перспективный путь к сверхтвёрдости через межфазовую связь мод, позволяя одновременно использовать квантовые свойства сверхтекучего объёма и сверхтвёрдой границы.
Сверхтвёрдое тело — это лёд, который течёт. Как пруд, схваченный коркой, но с жидкой глубиной без трения. Обычно такую корку создают, меняя свойства жидкости по всему объёму. Группа исследователей гелия нашла способ проще: они заставили поверхность вибрировать особыми волнами, и жидкость сама обзавелась твёрдой «кожей».
Вибрации оказались не простой рябью, а квантовыми водоворотами — ротонами, чью природу раскрыл Фейнман. Сцепляясь с движением, они упорядочивают атомы у границы в кристалл. В конденсатах Бозе–Эйнштейна такой эффект возникает, когда длина волны совпадает с размером ловушки. Получается материал, где поверхность держит форму, а нутро свободно течёт. Не исключено, что похожие процессы делают твёрдой кору нейтронных звёзд.
🎯 Идее сверхтвёрдости более полувека, но лишь в 2017 году её удалось воплотить, заперев ультрахолодные атомы в лазерной клетке.