Нанорезонатор и сверхтекучий гелий: прорыв в квантовых жидкостях экспресс
Жидкость без трения, что течёт вечно, — это сверхтекучесть. Гелий-3 обретает её лишь при тысячных долях градуса выше абсолютного нуля. Теорию такого состояния создали Лев Ландау и Ричард Фейнман. Квантовый порядок здесь защищён энергетической щелью — невидимым панцирем, который можно сравнить с натянутой струной: пока воздействие слабое, звук чист. В новом опыте гелий заперли в каналах толщиной в сотни нанометров и, как крошечную струну, заставили колебаться. При малой амплитуде сверхтекучесть держалась, но стоило усилить «щипок» — частота поползла вниз. Струна расстроилась: поток пробил защиту, подавил щель, и в системе наросла энтропия — мера беспорядка.
Измеряя падение частоты, учёные вычислили критическую скорость, при которой защита исчезает. Результаты совпали с теорией. Такой подход открывает путь к созданию сверхчувствительных датчиков и квантовых устройств на основе сверхтекучих жидкостей.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Во всём обычном гелии гелий-3 — редчайшая примесь: всего одна частица на миллион. Сверхтекучесть «включается» у него при 0,0025 градуса выше абсолютного нуля.