Vad är en Suprafluiditet?

En supraflytande är en fas i fråga kan flytande oändlighet utan energiförluster. Denna egenskap hos vissa isotoper upptäcktes av Pjotr Kapitsa, John F. Allen, och Don Misener 1937. Det har gjorts på mycket låga temperaturer med minst två isotoper av helium, en isotop av rubidium, och en isotop av litium. En supraflytande kan vara en vätska eller gas, men inte en solid. Till exempel är helium är fryspunkt 1K (Kelvin) och 25 atmosfärer av tryck, den lägsta av alla element, men innehållet börjar ställa ut supraflytande egenskaper ca 2K. Den supraflytande fasomvandling uppstår när alla ingående atomer av ett prov börjar inta samma kvantmekaniska tillstånd. Denna övergång sker när atomerna är placerade mycket nära varandra och kyls ned så mycket att deras kvantmekaniska vågfunktioner börjar överlappa och atomerna förlorar sina enskilda identiteter, beter sig mer som en super-atom än en anhopning av atomer.

en begränsande faktor för vilka material som kan uppvisa superfluidity och som inte kan är att materialet måste vara mycket kallt (<4K) och förbli flytande vid denna kyla. Material som blir flytande vid låga temperaturer kan inte bli Superfluids. När kyls till mycket låga temperaturer, en supraflytande-ready uppsättning bosoner, atomer med ett jämnt antal neutroner, former till ett Bose-Einstein kondensat, en supraflytande fas av ärendet. När fermioner, är atomer med ett udda antal neutroner, t. ex. helium-3 isotop, kyls ned till några Kelvin, är detta inte tillräckligt för att orsaka supraflytande övergång. Eftersom bara bosoner kan lätt bli en Bose-Einstein kondensat, fermioner måste först paras ihop med varandra för att bli en supraflytande. Denna process liknar Cooper hopkoppling av elektroner som förekommer i supraledare. När två atomer med udda antal nukleoner paras ihop med varandra, äger de tillsammans ett jämnt antal neutroner och börja uppföra sig som bosoner, kondensering ihop till en supraflytande stat. Detta kallas fermion kondensat, och visar endast på mK (milliKelvin) temperatur snarare än vid ett fåtal Kelvin. Den huvudsakliga skillnaden mellan atom hopkoppling i en supraflytande och elektron hopkoppling i en supraledare är att den atomära hopkopplingen medieras av fluktuationer quantum spinn i stället för phonon (vibrerande energi) utbyte.

Superfluids har några imponerande och unika egenskaper som skiljer dem från andra typer av material. Eftersom Superfluids har någon inbyggd viskositet, en virvel bildas inom en supraflytande kvarstår alltid. En supraflytande har noll termodynamiska entropi och oändlig värmeledningsförmåga, vilket innebär att ingen temperatur skillnad kan finnas mellan två Superfluids eller två delar av samma supraflytande. En supraflytande kan också klättra upp och ur en container i en enda atom tjockt lager om behållaren inte är förseglad. En konventionell molekyl inbäddat i en supraflytande kan gå med fullt roterande frihet, uppträder som en gas. Andra intressanta egenskaper kan upptäckas i framtiden.

De flesta så kallade Superfluids är inte ren Superfluids men i själva verket en blandning av en vätska komponent och en supraflytande komponent. Potentiella tillämpningar Superfluids är inte lika spännande och omfattande som för supraledare, men utspädning kylskåp och spektroskopi är två områden där Superfluids har funnit användning. Den kanske mest intressanta tillämpningen av Superfluids idag är rent pedagogiska, som visar hur kvanteffekter kan bli makroskopisk skala under vissa extrema förhållanden.


Kommentarer

  • Om oss
  • Reklam
  • Kontakta redaktören
  • Få nyhetsbrev
  • RSS-feed

Redaktör: Beáta Megyesi
Nyheter redaktör: Christiane Schaefer

Kundservice: Mats Schaefer,
Helena Löthman

Tel: +46 00 79 22 00
Fax: +46 00 79 22 01

© Copyright 2014 Debok.net - All rights reserved.