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物理所等量子固体中质量输运机理研讨获得希望

文章泉源:物理研讨所   公布工夫:2018-12-06  【字号:     】  

  “超固态(supersolid)”是指固体在维持周期性晶格的同时还存在超流征象。对付通例固体来说,这两种性子互相抵牾,但是在固体4He中却大概共存——这是由于氦原子作为最小的单原子分子具有极大的零点活动,相邻原子之间的波函数有十分大的交叠,构成微观量子效应,从而可以承载超流。包罗Andreev和Lifshitz、Leggett在内的浩繁闻名实际物理学家都预测在4He中存在“超固态”。固然2004年在谐振扭摆实行中失掉的疑似“超固态”实行证据被证明是由弹性常数的变态畸变惹起,但是4He中能否存在“超固态”仍然是一个未解之谜,并当选Science杂志125周年挑选出的125个庞大迷信题目。

  近来,加拿大阿尔伯塔大学John Beamish研讨组在极高温下使用压电陶瓷器件在固体4He一端施加挤压应力,并丈量另一端压力变革。研讨职员发明丈量真个压力迟钝线性上升,并终极到达饱和。压力上升意味着质量在应力作用下朝另一端活动。但与正常热引发孕育发生的缺陷活动相反,该活动只在0.6 K以下孕育发生,而且速率随着温度降落而增长,这是切合超流态的特性之一。进一步研讨发明质量活动随着3He杂质浓度的增长而被渐渐克制,这是切合超流态的特性之二。但是,这种质量活动能否具有相位相干性、无消耗性等其他超流典范特性还没有被验证,因而其超流特性还没有被终极确定。

  3He作为比4He更轻的同位素,零点活动越发显着。但是由于是费米子,固体3He不行能呈现“超固态”。因而可以经过研讨固体3He中质量活动来果断4He中能否存在“超流态”。2018注册免费送白菜_可靠平台物理研讨所/北京凝结态物理国度研讨中央固态量子信息与盘算实行室特聘研讨员程智刚和加拿大阿尔伯塔大学传授John Beamish互助,使用压电陶瓷施加挤压应力的要领,丈量3He中的质量活动举动。实行评释固体3He中存在应力作用下的质量活动。但是与4He相反的是,质量活动在靠近熔点(0.7 K)的低温区最为显着,随着温度降落活动速率单调低落,至30 mK时曾经降落了2000多倍。研讨还发明,在0.1 K以下流动速率对温度的干系切合热引发历程,而在0.1 K以下速率偏离了热引发举动而趋于饱和,评释质量的量子输运转为占据主导。在3He中质量活动速率与温度的干系不切合超流特性。这一发明支持在4He中存在“超固态”的看法。研讨职员进而经过与微米级通道中固体3He活动速率比拟,发明位错线活动是大标准固体3He中的质量活动的重要缘故原由。这一机制不但实用于低温热引发区,也实用于高温量子输运区。

  该结果初次比拟了量子统计对量子固体中质量输运转为的影响,提供了支持波色量子固体中超固态存在的证据,而且展现了费米量子固体中位错线活动举动,加深了人们对固体氦量子效应的明白。该结果以Mass flow through solid 3He in the bcc phase 为题颁发于《物理批评快报》(Phys. Rev. Lett. 121, 225304 (2018))。该事情失掉科技部重点研发项目(2018YFA0305604)、基金委面上项目(11874403)、澳门送彩金网站百人方案、加拿大天然迷信基金、松山湖质料实行室的赞助。

    图1. 在差别温度下挤压应力招致的压强变革。(a) T = 30 mK; (c) T = 100 mK; (d) T = 300 mK; (e) T = 700 mK.(a)中红实线表现施加挤压的工夫;(b)和(f)辨别为(a)和(e)中虚线框的缩小图。(b)中红虚线拟合压强随工夫线性上升的举动,失掉上升速率为21 μbar/s。(f)中由于压强在2.5秒内曾经饱和,因而预算上升速率为46.2 mbar/s。

    图2. 压强上升速率(即质量活动速率)随温度变革的Arrhenius图。在100 mK以上,活动速率满意热引发历程;在100 mK以下,活动速率趋于饱和,预示质量输运进入量子地区。




(责任编辑:叶瑞优)

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