Сверхтвердые кристаллы гелия

Монокристаллический ультраохлажденный гелий демонстрирует поведение сверхтвердого вещества. Исследователи из Пенн Стейт предполагают, что твердотельное течение без трения не является следствием дефектов решетки поликристаллического гелия.

Для «отверждения» газообразный гелий должен быть охлажден до температуры, очень близкой к абсолютному нулю при давлении не менее 25 атмосфер. В отличие от других газов гелий остается жидким при нормальном давлении при любой степени охлаждения. Сверхтвердый образец кристаллизованного гелия должен проявлять способности течения без трения. Эту концепцию несложно представить для течения жидкости, однако для твердого тела, в особенности сильно охлажденного, легкое течение без силы трения обычно не наблюдаемо.

Для того чтобы определить содержание сверхтвердого компонента в образце охлажденного твердого гелия, исследователи полагались на определение момента инерции. Они осуществили эксперимент по охлаждению под высоким давлением в малом по размеру осцилляторе. Жидкий гелий под давлением проникает в небольшую камеру на конце тонкого стержня. Далее гелий охлаждают до перехода в твердофазное состояние, и осциллятор настраивают на определенную частоту колебаний.

Для нормального твердого тела общая масса образца должна определять силу, требуемую для колебания осциллятора с определенной частотой, пока масса образца сохраняется, должна сохраняться и частота колебаний. В проведенном эксперименте, когда температура стала ниже 0.2 Кельвина, частота колебаний внезапно возросла, демонстрируя, что часть твердого гелия не движется по камере с оставшимся количеством. Исследователи считают, что результаты этих экспериментов могут говорить, что при давлении около 25 атмосфер около 1% гелия переходит в сверхтвердое состояние, характеризующееся практически нулевым коэффициентом трения, и позволяет оставшемуся гелию без помех «обтекать» себя.

Источник: Penn State press release