大阪大学
硅纳米粒子沿着量子化涡核稳定
信用:箕轮义信，洋介 大阪大学工程科学研究生院的科学家们展示了硅纳米粒子是如何被超流氦中形成的漩涡捕获的
这项工作为超流氦的其他量子特性的光学研究开辟了新的可能性，例如由于光和硅纳米粒子之间的强相互作用而对量子化涡旋的光学操纵
量子力学的规则对我们来说似乎非常陌生，粒子有时表现得像波，反之亦然
正常情况下，我们期望怪异的量子行为被限制在非常小的尺度内
然而，当某些材料，如氦-4，被冷却到非常低的温度时，波纹的影响甚至在宏观尺度上也很明显
这种“过冷”的氦是玻色-爱因斯坦凝聚的一个例子，在这种凝聚中，代表原子的波重叠，直到整个流体几乎像单个粒子一样
这个过程没有经典的类比，是测试量子力学理论的有用系统，因为氦-4转变成超流体的过程发生在相对容易接近的温度
然而，仍然需要能够可视化超流体的运动
现在，由大阪大学领导的一个研究小组已经使用硅纳米粒子来帮助显示超流氦的特征，类似于投掷鹅卵石来帮助可视化瀑布中的水流
“我们能够提供直接的实验证据，证明致密的硅纳米粒子被量子化的旋涡吸引，并沿着旋涡核心稳定下来，”第一作者箕轮义信洋介说
超流氦的一个特殊性质是，任何旋转运动都只能以量子化涡旋的形式出现
这些是微小的离散漩涡，每个漩涡都带有固定的角动量
科学家们使用纳米粒子技术来研究涡旋重联的过程，在这一过程中，涡旋线合并并交换它们的部分
由于纳米粒子的光散射，漩涡线清晰可见
量子化涡旋重联示意图
信用:箕轮义信，洋介 “我们提出的技术使我们能够使用许多不同的材料作为量子化涡旋的示踪粒子，”箕轮义信解释道
研究超流氦中的量子涡旋可能有助于科学家更好地理解更开放的量子系统，例如高温超导体中的临界电流
这篇名为“通过激光消融实现量子化涡旋重联的可视化”的文章发表在科学进展
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