Квантовая жидкость относится к любой системе , которая проявляет квантовые эффекты на макроскопическом уровне , такие как супержидкости , сверхпроводники , ультрахолодный атомы и т.п. Как правило, квантовые жидкости возникают в ситуации , когда оба квантовых эффекты и квантовые статистические эффекты являются значительными.
Большая часть вещества либо твердое, либо газообразное (при низких плотностях) около абсолютного нуля . Однако для случаев гелия-4 и его изотопа гелия-3 существует диапазон давлений, в котором они могут оставаться жидкими вплоть до абсолютного нуля, потому что амплитуда квантовых флуктуаций, испытываемых атомами гелия, больше, чем межатомные расстояния .
В случае твердых квантовых жидкостей только часть их электронов или протонов ведет себя как «жидкость». Одним из ярких примеров является сверхпроводимость, когда квазичастицы, состоящие из пар электронов и фонона, действуют как бозоны, которые затем могут коллапсировать в основное состояние, создавая сверхток с удельным сопротивлением, близким к нулю.
Вывод [ править ]
Квантово-механические эффекты становятся существенными для физики в диапазоне длин волн де Бройля . Для конденсированного вещества это происходит, когда длина волны де Бройля частицы больше, чем расстояние между частицами в решетке, составляющей вещество. Длина волны де Бройля, связанная с массивной частицей, равна
где h - постоянная Планка. Импульс можно найти из кинетической теории газов , где
Здесь температуру можно найти как
Конечно, мы можем заменить импульс здесь импульсом, полученным из длины волны де Бройля, следующим образом:
Следовательно, мы можем сказать, что квантовые жидкости будут проявляться в приблизительных температурных областях, где , где d - период решетки (или расстояние между частицами). Математически это формулируется так:
Легко увидеть, как приведенное выше определение связано с плотностью частиц n. Мы можем написать
как для трехмерной решетки.
Для квантовых жидкостей вероятность того, что частицы внутри решетки поменяются местами со своими соседями, становится значительной; теоретически это зависит от потенциальных барьеров внутри системы. В случае квантовых жидкостей величина этих потенциальных барьеров не должна быть слишком большой по отношению к .
Вышеуказанный температурный предел имеет различное значение в зависимости от квантовой статистики, которой придерживается каждая система, но обычно относится к точке, в которой система проявляет свойства квантовой жидкости. Для системы фермионов , является оценкой энергии Ферми системы, в которых процессах важно для таких явлений , как сверхпроводимость имеет место. Для бозонов , дает оценку температуры конденсации Бозе-Эйнштейна.
См. Также [ править ]
- Конденсат Бозе – Эйнштейна
- Сверхпроводимость
- Сверхтекучесть
- Классическая жидкость
- Жидкий гелий
- Макроскопические квантовые явления
- Топологический порядок
Ссылки [ править ]
- Лернер, Рита Г .; Тригг, Джордж Л. (1990). Энциклопедия физики . Издатели СКЗ. ISBN 0-89573-752-3.