РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Сверхтекучесть твердого тела: Около нуля

При крайне низких температурах происходят порой странные вещи. К примеру, твердый гелий становится жидкостью – причем, сверхтекучей. Однако до сих объяснить этот феномен не удается.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Группа немецких физиков во главе с Матиасом Тройером (Matthias Troyer) провели опыты по компьютерной симуляции необычного состояния вещества, известного как «сверхтекучее твердое тело». Это чрезвычайно интересное — и весьма перспективное для технологий будущего — явление: при температурах, близких к абсолютному нулю, твердый гелий проявляет свойства сверхтекучести — то есть, течет даже по узким щелям и капиллярам без трения, перетекает через преграды и так далее.

Происходит это из-за сложных квантовых взаимодействий, подробнее о которых можно прочесть в статье «Холодный расчет». Сейчас же просто еще раз повторим, что при температурах близ абсолютного нуля твердый гелий может проявлять свойства сверхтекучей жидкости.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Подозрения о том, что твердый гелий обладает сверхтекучестью, высказывались еще в 1969-м, однако первый эксперимент, на основе которого был сделан вывод о сверхтекучести в твердом гелии, провели только в 2004 г. Прикрепив его кристалл к пружине крутильного маятника, ученые обнаружили долгожданный эффект. В обычных обстоятельствах частота вращения маятника определяется массой груза, однако в опытах с твердым гелием она росла просто при снижении температуры ниже 0,2 Кельвин. Тогда сочли, что часть массы твердого гелия в этих холодных условиях «исключилась» из процесса вращения, ведя себя как сверхтекучая жидкость.

До некоторого момента экспериментальные результаты вполне согласовались с теорией, но более детальные исследования выявили еще один неожиданный эффект: часть твердого гелия, переходившая в фазу сверхтекучей жидкости, росла с увеличением числа дефектов в кристалле этого вещества. Ученые не могли понять, как объяснить этот феномен, тем более что все сложные теоретические модели просчитывались, исходя из «идеального», лишенного дефектов кристалла твердого гелия.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Именно на этом этапе за решение проблемы взялся Матиас Тройер и его команда. Их также можно назвать не теоретиками, а экспериментаторами — правда, эксперименты свои они ставят не на реальных объектах, а на их компьютерных моделях. Это позволяет более детально вникать во все происходящее. Для начала ученые провели опыт с «идеальным», без единого дефекта кристаллом твердого гелия, и... не обнаружили никакой сверхтекучести.

Когда же они изменили свойства компьютерной модели, введя в кристалл дефект — например, поворот кристаллической решетки одной половины кристалла относительно другой — все встало на свои места. Более того, именно область, где в кристалле находился дефект, и проявляла сверхтекучие свойства.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Кстати, английский термин «сверхтекучее твердое тело» — supersolid — дословно означает «сверхтвердый», что послужило причиной забавного казуса. Коллеги Тройера, работающие над той же проблемой в США, получили официальное предложение от американского ВМФ рассмотреть возможности использования такого «сверхтвердого» вещества для корабельной брони или головок снарядов. Разумеется, что ответ ученых был короток: «нет», поскольку на деле «сверхтвердый» не означает особой твердости. Военные тут же потеряли к разработкам интерес.

А зря, ведь, несмотря на то, что возможности практического использования сверхтекучих твердых тел не маячат даже на далеком горизонте, исследования эти чрезвычайно необычны. Прежде всего, тем, что в деталях механизм этого явления еще предстоит раскрыть.

Напомним, что пятерку самых «аномальных» субстанций — ферромагнитные и неньютоновские жидкости, ауксетики и так далее — мы представляли в обзоре «Наука с приветом».

Загрузка статьи...