物理学家观察超级原子气中的滞后

自然封面突出了这项研究，由自然新闻办公室提供。图像信用，Edwards / JQI

使用Superfluid雾化电路，物理学家首次观察到超级原子气体中的滞后。

令人粗鲁斯是一种新兴技术，由此物理学家使用原子的合奏来构建电子电路元件的模拟。现代电子产品依赖于利用电子的电荷性能。使用激光和磁场，原子系统可以设计成具有类似于电子类似的行为，使其成为研究和产生基于电荷的电荷的替代方案的令人兴奋的平台。

使用Superfluid雾化电路，由Gretchen Campbell领导的JQI物理学家展示了一种对电子产品至关重要的工具：滞后。这是在超级原子气中首次观察到滞后。这项研究发表于2月13日的自然杂志问题，其封面具有令人雾化系统的艺术印象。

领导作者Stephen Eckel解释说，“滞后在电子中无处不在。例如，这种效果用于将信息写入硬盘以及其他存储器设备。它也用于某些类型的传感器和诸如施密特触发器的噪声滤波器。“以下是演示该公共触发如何提供滞后的示例。考虑一个空调恒温器，其中包含一个调节风扇的开关。用户设置所需的温度。当房间空气超过此温度时，风扇开启凉爽的房间。粉丝什么时候知道关闭？在关闭之前，风扇实际上将温度降低到不同的设定点。导通和关闭温度设定点之间的这种不匹配是滞后的示例，并防止风扇的快速切换，这将是高效的。

激光设置（红色和蓝色梁）的示意图，以创造平坦的环形型BEC（以黄色显示），由作者提供。

在上面的示例中，将滞后被编程到电子电路中。在这项研究中，物理学家观察到滞后是量子液的固有自然性能。将400,000个钠原子冷却至缩合，形成一种称为Bose-Einstein缩合物（BEC）的量子物质，其温度约为0.000000100 kelvin（0kelvin是绝对零）。原子驻留在甜甜圈形陷阱中，该陷阱仅比人类红细胞更大。聚焦激光束与环阱相交，并用于将量子流体搅拌在环周围。

虽然BECS由稀释的原子稀少的稀入空气制成，但它们具有不寻常的集体特性，使其更像是流体 - 或在这种情况下是超流体。这是什么意思？首先在1937年在液氦中发现，这种物质在某些条件下，可以持续流动，通过摩擦流动。这种行为的结果是量化团队的环阱周围的流体流动或旋转速度，这意味着它只能以某些特定速度旋转。这与非量子（经典）系统不同，在其旋转可以连续变化并且流体的粘度起到重要作用。

由于超流体中粘度缺乏粘度，搅拌该系统诱导急剧不同的行为。在这里，物理学家搅拌量子液，但流体不会连续加速。在临界搅拌速率下，流体跳跃没有旋转以在固定速度旋转。稳定的速度是由捕集尺寸和原子质量决定的量的倍数。

该同样的实验室先前已经显示出持续的电流和超流原子气体中的这种量化的速度行为。现在，他们探讨了当他们尝试停止旋转时会发生的事情，或者将系统反向返回其初始速度状态。如果没有滞后，它们可以通过将搅拌速率恢复低于临界值来实现这一点，导致旋转停止。事实上，他们观察到它们必须远远低于临界搅拌速率，并且在一些情况下反转搅拌的方向，以看到流体返回到较低量子速度状态。

控制该滞后开辟了建立实际雾化装置的新可能性。例如，有专用的超导电子电路，精确地由磁场控制，又逐渐，小磁场影响电路本身的行为。因此，这些装置称为鱿鱼（超导量子干涉装置）用作磁场传感器。“我们目前的电路类似于特定类型的鱿鱼，称为RF-Squid”，Campbell说。“在我们的鱿鱼的恶作剧版本中，聚焦激光束当激光束”勺子“击中临界值时会引起旋转。通过改变“勺子”的属性，我们可以控制转换发生的位置。因此，雾化电路可以用作惯性传感器。“

这两个速度状态量子系统具有制作量子位的成分。然而，这个想法在它可能是一个可行的选择之前克服了一些重要的障碍。令人令人难题是一个年轻的技术，物理学家仍在努力了解这些系统及其潜力。目前坎贝尔团队的重点包括通过添加诸如第二环等复杂性来探索新颖设备的性质和功能。

该研究得到了JQI的NSF物理边疆中心的支持。

出版物：Stephen Eckel等，“血液滞后在量化的超流性”雾气的电路，“2014年2月13日”（2014年2月13日）; DOI：10.1038 / Nature12958

研究报告的PDF副本：超流粗糙度电路中的量化滞后

来源：联合量子研究所

图像：Edwards / JQI.