Жидкий кристалл из гелия экспресс
Гелий на графите ведёт себя как акробат, который одновременно скользит по канату и держит форму. При температурах в 30 милликельвинов (это в сто раз холоднее, чем в открытом космосе) второй слой гелия на графите приобрёл новые свойства: он стал течь без трения и при этом сопротивляться сжатию, как густой мёд. Раньше такие измерения делали на разных образцах, и результаты не совпадали. Теперь на одном и том же кусочке графита одновременно измерили, как гелий колеблется и как поглощает тепло. Оказалось, что новая фаза существует только в узком диапазоне плотности — как полка в шкафу, куда помещается лишь определённое число книг.
Это открытие поддерживает гипотезу о сверхтекучем жидком кристалле: веществе, которое сочетает текучесть жидкости с упорядоченностью кристалла, как строй солдат, идущих в ногу. Учёные также проанализировали, почему сверхтекучая плотность меняется с температурой по логарифмическому закону. Оказалось, виноваты дефекты на поверхности графита — крошечные неровности, которые действуют как случайная сеть слабых связей. Это как пол в комнате с мелкими камешками: катиться по нему можно, но слегка подпрыгиваешь.
Такая фаза гелия — редкий пример квантового состояния, которое можно изучать в лаборатории. Возможно, она поможет понять, как ведут себя сверхтекучие жидкости в пористых материалах или даже в нейтронных звёздах, где материя находится в экстремальных условиях. А акробат на канате продолжает удивлять: он не просто скользит, но и держит равновесие.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2601.05719
Evidence for a new type of superfluid phase in second-layer $$^4$$He on graphite has been obtained from simultaneous measurements of torsional-oscillator response and heat-capacity on exactly the same sample down to 30 mK, which resolve substrate-related uncertainties in the previous studies. The new phase hosts both superfluidity and enhanced viscoelasticity, and is stable over a finite density interval, strongly supporting the proposed superfluid liquid-crystal hypothesis. A random-Josephson-network analysis shows that the widely reported log-$$T$$ dependence of the superfluid density is likely due to substrate imperfections.
Температура 30 милликельвинов — это -273,12°C, всего на 0,03 градуса выше абсолютного нуля. При такой температуре даже свет, кажется, замедляется.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» сверхтекучие жидкости используются для создания квантовых компьютеров, способных существовать в нескольких состояниях одновременно.