Универсальность квантового критического потока заряда и тепла в ультрачистом графене

Оказывается, что электроны могут вести себя как идеальная жидкость без трения с электрическими свойствами, описываемыми универсальным квантовым числом. Исследователи из отделения физики Индийского института науки (IISc) совместно с коллегами из Национального института материаловедения Японии наконец-то обнаружили эту квантовую жидкость электронов в графене. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, открывают новое окно в квантовую сферу и представляют графен как уникальную настольную лабораторию для изучения ранее неизвестных квантовых явлений.

Звуковые моды, подобные сверхтвердым, в движущемся квантовом газе

В повседневной жизни вся материя существует в газообразном, жидком или твёрдом состоянии. Однако в квантовой механике возможно одновременное существование двух различных состояний. Например, ультрахолодная квантовая система может проявлять свойства как жидкости, так и твёрдого тела одновременно. Исследовательская группа «Синтетические квантовые системы» Гейдельбергского университета продемонстрировала это явление, используя новый экспериментальный подход, подавая небольшое количество энергии в сверхтекучую жидкость. Было показано, что в управляемой квантовой системе такого типа звуковые волны распространяются с двумя разными скоростями, что указывает на сосуществование жидкого и твердого состояний — отличительный признак сверхтвердости. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Электронные ротоны, обнаруженные впервые, демонстрируют образование кристаллитов Вигнера в двумерной электронной жидкости

Учёные из Университета Ёнсе представили доказательства кристаллизации Вигнера и связанных с ней электронных ротонов. В работе, опубликованной в журнале Nature, профессор Кеун Су Ким и его команда для анализа черного фосфора, легированного щелочными металлами, использовали фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением (ARPES). Результаты выявили апериодические изменения энергии, что является отличительным признаком электронных ротонов.

Универсальное масштабирование Киббла–Зурека в атомной сверхтекучей жидкости Ферми

Механизм Киббла–Зурека (KZ) — это теоретическая структура, введенная физиками Томом Киббл и Войцехом Зуреком. Эта структура по сути описывает образование топологических дефектов, когда системы подвергаются неравновесным фазовым переходам. Исследователи из Сеульского национального университета и Института фундаментальных наук в Корее недавно наблюдали масштабирование KZ в однородном и сильно взаимодействующем ферми-газе при его переходе в сверхтекучее состояние. Их статья, опубликованная в журнале Nature Physics, может проложить путь для дальнейших экспериментальных исследований этой давней физической концепции. Центральное предсказание масштабирования KZ заключается в том, что количество квантовых вихрей должно масштабироваться по степенному закону относительно того, как быстро вы проходите через сверхтекучий фазовый переход. Настоящая изюминка исследования в том, что учёные наблюдали предсказанное поведение масштабирования KZ, используя как температуру, так и силу взаимодействия в качестве двух отдельных ручек управления.

Термография сверхтекучего перехода в сильно взаимодействующем ферми-газе

В 1938 году физик Ласло Тиса предложил двухжидкостную модель сверхтекучести, согласно которой сверхтекучая жидкость на самом деле представляет собой смесь некоторой нормальной вязкой жидкости и сверхтекучей жидкости без трения. Эта смесь двух жидкостей должна учитывать два типа звука: обычные волны плотности и своеобразные температурные волны, которые физик Лев Ландау позже назвал «вторым звуком». В журнале Science сообщается, что учёным удалось визуализировать второй звук в сверхтекучей жидкости. В эксперименте были использованы фермионные атомы лития-6, которые улавливаются и охлаждаются до температур нанокельвина. Новые результаты помогут физикам получить более полную картину того, как тепло перемещается через сверхтекучие жидкости и другие родственные материалы, включая сверхпроводники и нейтронные звезды.

Сбои во вращающихся сверхтвердых телах

Учёным удалось численно смоделировать сбои нейтронных звезд с помощью ультрахолодных диполярных атомов. Это исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, устанавливает прочную связь между квантовой механикой и астрофизикой. Ключевым моментом исследования является концепция «сверхтвердого тела» — состояния, которое проявляет как кристаллические, так и сверхтекучие свойства — которое, по прогнозам, является необходимым компонентом сбоев нейтронных звезд. Квантовые вихри гнездятся внутри сверхтвердого тела до тех пор, пока они все вместе не ускользнут и, следовательно, не будут поглощены внешней корой звезды, ускоряя ее вращение. Недавно сверхтвердая фаза была реализована в экспериментах с ультрахолодными диполярными атомами, что дало уникальную возможность смоделировать условия внутри нейтронной звезды.

Создание вихрей в сверхтекучей жидкости из света

Используя специальную комбинацию лазерных лучей в качестве очень быстрой мешалки, физики RIKEN создали множество вихрей в квантовой фотонной системе и отследили их эволюцию. Эту систему можно использовать для изучения новой экзотической физики, связанной с возникновением квантовых состояний из вихревой материи. Исследование опубликовано в журнале Nano Letters. Команда создала специальную лазерную мешалку, объединив обычный лазерный луч с лучом, имеющим форму пончика. Частоты двух лучей немного отличались, и эта разность частот соответствовала частоте, необходимой для вращения поляритонов. Используя этот луч, исследователи могли контролировать их скорость и направление вращения, а также создавать вихри по своему желанию. Показано, что чем быстрее вращение, тем больше вихрей можно захватить вблизи оси вращения.

Визуализация квантованных вихревых колец в сверхтекучем гелии для оценки квантовой диссипации

Ученые Осакского столичного университета численно исследовали взаимодействие между квантованным вихрем и нормальной жидкостью. Основываясь на экспериментальных результатах, исследователи выбрали наиболее последовательную из нескольких теоретических моделей. Обнаружено, что модель, учитывающая изменения в нормальной жидкости и учитывающая более точное с теоретической точки зрения взаимное трение, наиболее совместима с экспериментальными результатами. Выводы были опубликованы в Nature Communications.

Попытка решить проблемы турбулентности в сверхтекучих жидкостях

Исследователи из Университета Аалто провели новое исследование квантово-волновой турбулентности. Их выводы, опубликованные в журнале Nature Physics, демонстрируют новое понимание того, как волнообразное движение передает энергию от макроскопических до микроскопических масштабов длины, а их результаты подтверждают теоретическое предсказание о том, как энергия рассеивается на малых масштабах.

Физики изолируют пару атомов, чтобы впервые наблюдать силу взаимодействия p-волн

Сделан первый шаг в понимании перехода от «одной ко многим» частицам, изучив не одну и не множество, а две изолированные взаимодействующие частицы, в данном случае атомы калия. Результат, описанный в статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, является первым небольшим шагом к пониманию естественных квантовых систем и того, как они могут привести к более мощным и эффективным квантовым симуляциям.