Ett team av forskare från Institutet för kvantoptik och kvantinformation och universitetet i Innsbruck, har utvecklat en teknik för att karakterisera de faser en superfluid genomgår när den ändras till en supersolid och sedan tillbaka igen. Gruppen har skrivit ett papper som beskriver sin teknik och har laddat upp det till arXiv preprint-server.

Supersolider är material med egenskaper hos både fasta ämnen och vätskor - de har rumslig ordning, men de flyter också. De teoretiserades först 1957, och på senare tid, har visats med experiment som involverar omvandling av superfluids till supersolids via Bose-Einstein-kondensat. Och även om sådana experiment har visat sig användbara, de har inte tillåtit forskare att karakterisera faserna en supervätska går igenom när den ändras till en supersolid. I denna nya insats, forskarna tog ett annat tillvägagångssätt.

Forskarna använde evaporativ kylning. Detta involverade att fånga dysprosiumatomer i ett moln med hjälp av laser, som också utgjorde en optisk barriär. Viktigt, atomerna i molnet skulle kunna fly om de hade tillräckligt med energi. När de gjorde det, molnets temperatur minskade, nådde så småningom flera hundra grader Kelvin. Forskarna sänkte sedan höjden på barriären, vilket sänkte temperaturen i molnet ännu mer tills atomerna kvar i molnet bildade ett supersolid.

För att karakterisera fasförändringarna, forskarna använde både Faraday-faskontrastavbildning och tidsavbildning. För att få ett tydligt perspektiv på vad som hände, forskarna var tvungna att köra sitt experiment upprepade gånger samtidigt som de varierade hastigheten med vilken barriären sänktes. Genom att använda de två teknikerna, forskarna kunde mäta fasändringsmodulationen vid en tidsskala av 150 ms. Och därigenom, de kunde också se att densitetsmodulationer associerade med en fast fas kom först i processen. Sedan, 40 ms senare, egenskaperna hos en superfluid blev uppenbara precis innan molnet bildade ett supersolid.

Tekniken gjorde det också möjligt för forskarna att karakterisera de inblandade faserna när supervätskan återgick till en supervätska. De fann att det började med återställande av kontinuerlig translationssymmetri, vilket förde systemet tillbaka till en superfluid och sedan tillbaka till ett enkelt moln. De noterade att superfluidfasen varade längre än den första fasen, som visar att processerna inte pågick samtidigt.

© 2021 Science X Network