Макроскопические квантовые явления
-
Макроскопические квантовые явления
- Процессы, демонстрирующие квантовое поведение в макроскопическом масштабе
- Примеры: сверхтекучесть, сверхпроводимость, квантовый эффект Холла, эффект Джозефсона, топологический порядок
- С 2000 года ведутся работы с квантовыми газами, особенно с конденсатами Бозе–Эйнштейна
-
Квантовые жидкости
- Среды, демонстрирующие макроскопическое квантовое поведение
- Примеры: сверхтекучий гелий, сверхпроводники, разреженные квантовые газы, поляритоны, лазерное излучение
-
Макроскопическая оккупация
- Волновая функция состояния с большим числом частиц
- Плотность вероятностного потока частиц становится плотностью потока частиц
- Скорость жидкости связана с фазой волновой функции
-
Сверхтекучесть
- Гелий при температурах ниже лямбда-точки проявляет сверхтекучесть
- Атом гелия нейтрален, масса частицы равна m4
- Квант циркуляции связан с целочисленным значением n
- Сверхтекучий гелий вращается вокруг ядра с высокими скоростями
-
Сверхпроводимость
- Гинзбург и Ландау наблюдали два типа сверхпроводников
- Сверхпроводники I типа разрушаются при критическом значении Hc
- Сверхпроводники II типа имеют смешанное состояние с вихрями
- Абрикосов объяснил эксперименты со сверхпроводящими сплавами
-
Квантование по флюксоиду
- В сверхпроводниках речь идет о куперовских парах
- Флюксоида квантована, единица квантования называется квантом потока
- Магнитное поле Земли генерирует один квант потока на площади 6 мкм на 6 мкм
-
Толстое сверхпроводящее кольцо
- Токи протекают только в тонком слое на поверхности
- Флюксоида равна магнитному потоку
- Магнитное поле в объеме сверхпроводника равно нулю
-
Прерванное кольцо, слабые звенья
- Слабые звенья важны в современной сверхпроводимости
- Кольцо толстое, за исключением слабого звена
- Скорость равна нулю, за исключением слабого звена
-
Вклад скорости в изменение фазы
- Линейный интеграл проходит по контакту, где vs = 0
- Значение линейного интеграла определено независимо от выбора конечных точек
-
Сверхток через слабое звено
- Сверхток определяется соотношением Джозефсона постоянного тока
- Напряжение на контакте определяется соотношением Джозефсона переменного тока
-
Установившееся состояние
- В установившемся состоянии V=0, но через переход протекает ток
- В случае постоянного приложенного напряжения эквалайзер обеспечивает переменный ток
-
Частота Джозефсона
- Частота Джозефсона зависит от приложенного напряжения
- Один мкВ дает частоту около 500 МГц
-
Флюксоидальное квантование
- Флюксоидальное квантование требует, чтобы магнитный поток в контуре был равен приложенному потоку
- Суммарный сверхток определяется по формуле, включающей геометрическую формулу
-
Критический ток
- Критический ток зависит от приложенного магнитного потока
- Критический ток не равен нулю при полуцелых значениях квантовой величины потока
-
Сверхпроводимость II типа
- Сверхпроводимость II типа характеризуется критическими полями Bc1 и Bc2
- При Bc1 магнитное поле проникает в образец, но он остается сверхпроводящим
- При Bc2 образец полностью нормален
- Между Bc1 и Bc2 магнитный поток проникает в виде вихревой решетки Абрикосова
-
Разбавленные квантовые газы
- Созданы очень разреженные атомарные или молекулярные газы
- Используются изотопы рубидия, стронция, калия, натрия, лития и водорода
- Температура охлаждения составляет несколько нанокельвинов
- Созданы и наблюдались квантовые вихри в этих системах