Søger lydbølger i parameteren superfluid rækkefølge

Et Swinburne University of Technology-studie offentliggjort i denne uge undersøger udbredelsen af ​​energi som lydbølger i en kvantegas, afslører for første gang stærke variationer i lydbølgens beskaffenhed som funktion af temperatur.

Ved lave energier, denne energi bevæger sig via den kollektive bevægelse af mange partikler, der bevæger sig i synkronisering - i det væsentlige, som lydbølger - kvantificeret ved hjælp af kvasipartikler kendt som fononer.

Under overfluid -overgangstemperaturen T _c disse lydbølger i en enhedsformig Fermi-gas kan forplante sig uden kollisioner og drives af bølger i fasen af ​​parameteren for superfluid orden (bølgefunktion) - denne tilstand er kendt som Bogoliubov-Anderson (BA) fononen.

Over T _c , lydbølgerne bliver kraftigere dæmpet, og sammenstød spiller en dominerende rolle.

• lavere end T _c I det koldere, superflydende tilstand, dæmpning er domineret af kollisioner med termisk exciterede kvasipartikler og er godt beskrevet af (QRPA) teori
• > T _c Over overgangstemperaturen, den stærkt dæmpede tilstand opstår ved overgangen mellem kollisionsfri hydrodynamiske regimer.
• >> T _c Ved endnu højere temperaturer, kollektiv udbredelse af lydbølger forsvinder, og excitation er domineret af energien fra individuelle partikler.

Stærke ligheder blev identificeret i temperaturafhængigheden af ​​lyd i den enhedsformede Fermi-gas og opførselen af ​​fononer i flydende helium, som var en af ​​de første superfluider identificeret historisk.

Denne undersøgelse giver kvantitative benchmarks for dynamiske teorier om stærkt korrelerede fermioner.

De ultrakølede atomgasser dannet og undersøgt i prof. Chris Vales laboratorium i Swinburne tillader meget præcis afstemning af interaktioner mellem atomer.

"Vi afkølede og indespærrede en meget fortyndet gas af Li ⁶ atomer, at realisere en enheds Fermi-gas, som udviser de stærkeste interaktioner tilladt af kvantemekanik med et kontaktpotentiale, "forklarer prof Vale.

I en enhedsgas, elastiske kollisioner bliver resonans, og gassens termodynamiske egenskaber bliver universelle funktioner af temperaturen og densiteten. Unitære Fermi-gasser muliggør præcis afprøvning af teorier om interagerende fermioner.

Holdet studerede derefter excitationer i gassen over og under superfluid faseovergangen T _c ved hjælp af to-foton Bragg-spektroskopi.

"Vi målte excitationsspektre ved et momentum på cirka det halve Fermi -momentum, både over og under den superfluidkritiske temperatur T _c , " forklarer undersøgelsesforfatter Dr. Carlos Kuhn.

To, fokuserede laserimpulser (ca. 1,2 millisekunders varighed), der krydser hinanden i gassen, skaber en periodisk forstyrrelse for lithiumatomerne.

Umiddelbart efter tvillinglaserpulsen, den begrænsende optiske fælde slukkes, og atomernes momentum måles efter 4 millisekunders ekspansion, og kan kortlægges som en funktion af laserfrekvens.

Den endelige varighed og størrelse af Bragg-bjælkerne fører til en Fourier-begrænset spektral opløsning på cirka 1:25 kHz FWHM, som er langt under de typiske Fermi-energier, EF 11 kHz, brugt i forsøgene.

"High Frequency Sound in a Unitary Fermi Gas" blev udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve (PRL) i marts 2020.

Ultrakolde studier hos FLEET

Studiet af mange-legeme kvantesystemer med stærke inter-partikel interaktioner er af stor interesse for forståelsen af ​​nye materialer.

Inden for FLEET, Chris Vale studerer topologiske fænomener i 2-D-gasser af ultrakølede fermioniske atomer, undersøge koldt atom implementeringer af Floquet topologisk superfluiditet, ikke-ligevægtsforbedringer af den superledende kritiske temperatur og nye former for topologisk stof baseret på optisk induceret spin-kredsløbskobling i 2-D atomare gasser, i forskningstema 3.

FLEETs forskningstema 3 studerer systemer, der midlertidigt er drevet ud af termisk ligevægt for at undersøge den kvalitativt anderledes fysik, der vises, og nye muligheder for dynamisk at kontrollere deres adfærd.

Chris leder undersøgelsen af ​​kvantegasser ved Swinburne University of Technology. I disse samlinger af atomer afkølet til kun 100 nano-kelvin over det absolutte nulpunkt, adfærd, der normalt kun findes på mikroskopisk niveau, bliver fremtrædende på makroskopisk niveau.

Holdets undersøgelse af Fermi-gasser begrænset til 2-D tester nye paradigmer for dissipationsfri transport i topologisk og ikke-ligevægts kvantestof syntetiseret fra ultrakolde atomer.

Chris er en af ​​næsten 100 forskere ved FLEET, alt sammen motiveret af en stor udfordring:at reducere energiforbruget i informations- og kommunikationsteknologi (IKT), som allerede tegner sig for mindst 8 % af det globale elforbrug, og fordobles hvert årti.