15
Календарь конференций
  • 1 июля

    Ежегодный вестник «Инновации в профильном естественнонаучном образовании: диалог между школой и ВУЗом»

  • 1 июня – 31 июля

    Виртуальный ботаник: отправь растения в онлайн!

  • 7 – 8 сентября

    Всероссийская научная конференция «Проблемы агрохимии и экологии – от плодородия к качеству почвы», посвященная 90-летию выдающегося деятеля науки, классика отечественной школы агрохимии, академика РАН Василия Григорьевича Минеева

  • 7 – 8 сентября

    VI Международная научно-практическая конференция «Инновационная экономика и менеджмент: методы и технологии»

  • 17 – 18 ноября

    Всероссийская научная конференция с международным участием «Природная и антропогенная неоднородность почв и статистические методы ее изучения»

  • 10 декабря

    Международная конференция по общему языкознанию «Наследие трудов Ю.В. Рождественского в XXI веке» — к 95-летию со дня рождения Юрия Владимировича Рождественского (1926-1999)

Все конференции
28/05/21

Физики МГУ создали наноэлектромеханическую систему для захвата квантового вихря

Учёные НОШ «Фотоника» и Центра квантовых технологий физфака МГУ совместно с коллегами из Ланкастерского университета (Великобритания) создали и успешно применили на практике устройство для исследования явлений квантовой турбулентности, способное детектировать в режиме реального времени единичные квантовые вихри в сверхтекучем гелии (4He). Основой детектора является наноэлектромеханическая система (НЭМС), разработанная и изготовленная в ЦКП МГУ «Учебно-методический центр литографии и микроскопии». Исследование добавит понимания самого явления турбулентности и её квантовой разновидности. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature Communications.

Несмотря на то, что явление турбулентности очень распространено и наблюдается в повседневной жизни в виде прибoев, бурного течения рек, вздымающихся грозовых облаков, дыма из трубы и т.д., полной теории турбулентности на сегодняшний день не существует. Аналитического решения фундаментального уравнения Навье-Стокса, которому подчиняются потоки жидкостей и газов, не найдено до сих пор за исключением простейших случаев.

Моделировать квантовую турбулентность проще, чем её классический аналог поскольку в сверхтекучих жидкостях вихри имеют фиксированный размер и идентичны. Квантовая турбулентность представляет собой клубок квантованных вихрей, поэтому на основе изучения поведения одиночного квантового вихря можно построить своего рода «атомную модель» этого явления. Но явление турбулентности в квантовых системах проявляется на микроскопическом масштабе и до недавнего времени у ученых не было инструментов, позволяющих с достаточным пространственным разрешением исследовать такие маленькие структуры. Это стало возможным лишь с появлением с появлением НЭМС и разработкой сверхчувствительных детекторов на её основе.

«Используемая в эксперименте наноэлектромеханическая резонансная система состоит из подвешенного нанопровода из нитрида кремния с поперечным размером 100 нанометров (нм) и длиной 70 микрометров (мкм), покрытого плёнкой алюминия толщиной 30 нм. Механические колебания в системе возбуждаются магнитодвижущим методом: пропусканием переменного тока через нанопровод в перпендикулярном магнитном поле 5 Тесла (Тл)», – рассказал Александр Дорофеев, младший научный сотрудник кафедры физики полупроводников и криоэлектроники и Центра квантовых технологий физического факультета МГУ.

Резонансная частота нанопровода крайне чувствительна к внешнему воздействию. При взаимодействии квантового вихря с нанопроводом резонансная частота последнего изменялась с характерной зависимостью от времени. Это позволило охарактеризовать различные стадии взаимодействия единичного квантового вихря с нанопроводом, а именно момент захвата вихря нанопроводом, период их взаимодействия и момент освобождения.

Авторы работы подчеркивают, что массив таких наномеханических резонаторов может иметь достаточную точность для пространственного и временного разрешения более сложной квантовой вихревой структуры в сверхтекучих жидкостях. Разработанные устройства также позволят фиксировать конец частично захваченного вихря для изучения наноразмерных колебаний вихревого ядра добавят понимания турбулентности и могут дать ключ к решению столь «упрямых уравнений» Навье-Стокса.

Захват одиночного вихря в специальной конфигурации в перспективе позволят изучить динамику волн Кельвина, что является долгожданной целью в исследованиях квантовой турбулентности.