Teknikken karakteriserer faser af superfluider, der skifter til supersolider og tilbage

Et team af forskere fra Institute for Quantum Optics and Quantum Information og University of Innsbruck, har udviklet en teknik til at karakterisere de faser, et supervæske gennemgår, da det skifter til et supersolid og derefter tilbage igen. Gruppen har skrevet et papir, der beskriver deres teknik og har uploadet den til arXiv -forudskrivningsserveren.

Supersolider er materialer med egenskaber for både faste stoffer og væsker - de har rumlig rækkefølge, men de flyder også. De blev først teoretiseret tilbage i 1957, og i nyere tid, er blevet demonstreret med forsøg med at omdanne superfluider til supersolider via Bose-Einstein-kondensater. Og selvom sådanne forsøg har vist sig nyttige, de har ikke tilladt forskere at karakterisere de faser, et superfluid går igennem, da det skifter til et supersolid. I denne nye indsats, forskerne tog en anden tilgang.

Forskerne brugte fordampningskøling. Dette indebar fangst af dysprosiumatomer i en sky ved hjælp af lasere, som også dannede en optisk barriere. Vigtigere, atomerne i skyen kunne slippe ud, hvis de havde høj nok energi. Da de gjorde det, skyens temperatur faldt, til sidst at nå flere hundrede grader Kelvin. Forskerne sænkede derefter barrieres højde, hvilket sænkede temperaturen i skyen endnu mere, indtil de atomer, der var tilbage i skyen, dannede et supersolid.

For at karakterisere faseændringerne, forskerne brugte både Faraday fase-kontrast billeddannelse og time-of-flight billeddannelse. For at få et klart perspektiv på, hvad der skete, forskerne måtte køre deres eksperiment gentagne gange, mens de varierede den hastighed, hvormed barrieren blev sænket. Ved hjælp af de to teknikker, forskerne var i stand til at måle faseændringsmodulationen i en tidsskala på 150 ms. Og på den måde, de var også i stand til at se, at densitetsmoduleringer forbundet med en fast fase kom først i processen. Derefter, 40 ms senere, egenskaber ved en supervæske blev tydelige lige før skyen dannede et supersolid.

Teknikken tillod også forskerne at karakterisere de involverede faser, da superfluidet vendte tilbage til et superfluid. De fandt ud af, at det startede med restaurering af kontinuerlig translationel symmetri, som bragte systemet tilbage til en superfluid og derefter tilbage til en simpel sky. De bemærkede, at superfluidfasen varede længere end den første fase, viser, at processerne ikke foregik på samme tid.

© 2021 Science X Network