Dynamics and vortex structures in topological superfluid ³He at ultra-low temperatures and under confinement

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Symmetriat ja niiden rikkoutuminen ovat modernin fysiikanymmärryksen keskiössä. Yhdessä kokeellisten tulosten sekä topologisen päättelyn kanssa ne ovat johdattaneet meitä fundamen-taalien fysiikan lakien muodostamisessa, niin relativistisen kvanttikenttäteorian kuin faasi-transitioiden ja aineen käyttäytymisen kontekstissa. Topologiset defektit, kuten monopolit, säikeet ja domainseinät, vaikuttavat materian käyttäytymiseen makroskooppisella tasolla. Topologisten defektien kirjo määräytyy systeemin rikkoutuneista symmetrioista sekä topologiasta. Helium-3 -normaalinestettä kuvaava symmetriaryhmä on erityisen laaja, mahdollistaen monien makro-skooppisesti koherenttien supranestefaasien olemassaolon. Juuri symmetriaa rikkovien faasi-transitioiden sekä topologisten defektien kirjon ansiosta helium-3:a voidaan käyttää mallisys-teeminä suurelle määrälle kohteita, turbulenssista ja topologisesta kvanttilaskennasta kosmolo-giaan ja suuren yhtenäisteorian tutkimukseen. Tämä väitöskirja keskittyy supranestetransition rikkoutuneen U(1)-symmetrian seurauksena syn-tyvien yksiulotteisten topologisten defektien, kvantittuneiden virtauspyörteiden eli vorteksien, ko-keelliseen tutkimukseen. Keskiössä ovat tutkimukset ultrakylmissä lämpötiloissa supranesteen B-faasissa, jossa varmennamme Andreev-sirontaan perustuvan vorteksien kuvantamistekniikan tul-kinnan sekä tutkimme vorteksirakenteen vastetta pyörityksen nopeaan pysäyttämiseen. Supraneste ³He-B -faasi tarjoaa ainutlaatuisen alustan epätasapainodynamiikan tutkimukselle, sillä sisäisten ja häviöllisten voimien keskinäistä suhdetta voidaan muuttaa kertaluokkia ainoastaan lämpötilaa säätämällä. Viimeaikaiset edistysaskeleet kokeellisissa tekniikoissa ovat näyttäneet, että rajoitetussa geomet-riassa supranesteen topologiaa voidaan muuntaa siten, että näytteeseen syntyy uusia supraneste-faaseja. Nämä faasit tarjoavat kokeellisen pääsyn uudentyyppisiin topologisiin ja ei-topologisiin defekteihin, jota myös tutkitaan tässä väitöskirjassa. Näytämme, että uudentyyppinen defekti, puo-likvanttivorteksi, pystytään stabiloimaan supranesteen polaarifaasissa. Hyödyntäen helium-3:n faasikaaviota rajoitetussa geometriassa näytämme myös, että puolikvanttivorteksi selviää faasi-transitioista polaari-vääristyneisiin faaseihin - hätkähdyttävin seurauksin. Polaari-vääristyneessä A-faasissa puolikvanttivorteksien ydinten on esitetty sisältävän Majorana-tiloja, jotka kaksiuloit-teisissa systeemeissä noudattavat ei-Abeliaanista statistiikkaa. Polaari-vääristyneessä B-faasissa puolestaan puolivanttivorteksit selviytyvät "säikeiden rajaamina seininä" - komposiittidefekteinä, joiden olemassaolo ennustettiin kosmologisessa yhteydessä kymmeniä vuosia sitten.

Yksityiskohdat

Julkaisun otsikon käännösDynamiikka ja vorteksirakenteet topologisessa ³He-supranesteessä ultramatalissa lämpötiloissa sekä rajoitetussa geometriassa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8411-4
Sähköinen ISBN978-952-60-8412-1
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • supraneste, kvantittunut virtauspyörre, ultramatalat lämpötilat, topologinen materia, puolikvanttivorteksit, säikeiden rajaamat seinät

ID: 32446182