В 1938 году выдающийся отечественный физик Петр Леонидович Капица открыл сверхтекучесть жидкого гелия, когда при близких к абсолютному нулю температурах жидкий гелий способен протекать сквозь узкие щели и капилляры без трения. Объясняет такое поведение гелия квантовая механика. Атомы гелия относятся к категории частиц с общим названием бозоны, для которых квантовая механика допускает возможность оказаться в одном квантовом состоянии. Вблизи абсолютного нуля температур все атомы гелия оказываются в основном энергетическом состоянии. Поскольку энергия состояний дискретна, атом может получить не любую энергию, а только такую, которая равна энергетическому зазору между соседними уровнями энергии. Но при низкой температуре энергия столкновений атомов может оказаться меньше этой величины, в результате чего рассеяние энергии попросту не будет происходить, а жидкий гелий будет течь без трения.
В 2007 году Воронцов и Солз из Северо-западного университета США теоретически рассмотрели возможные состояния жидкого гелия в случае, когда жидкость ограничена с двух сторон и представляет собой некую тонкую пленку. Оказывается, что в таком случае тонкая пленка представляет собой несмешивающиеся полоски из разных фаз жидкого гелия, нарушая тем самым в пленке пространственную трансляционную симметрию. Прямо скажем, такое поведение гелия совсем неочевидно и предположить такую картину невозможно. Да и вообще, состояние, когда вещество одновременно является жидкостью, но при этом обладает явными кристаллическими свойствами (полоски именно об этом), по крайней мере, впечатляет.
Такого мнения придерживался и Джон Дэвис, который на протяжении последних 10 лет планомерно выстраивал эксперимент для проверки такого необычного поведения тонких пленок из жидкого гелия, что ему и его команде успешно удалось.
Для меня это очередное подтверждение большой перспективы у исследований ограниченных в пространстве квантовых объектов, когда их взаимодействие с окружением придает им новые, иногда очень необычные свойства.
A. J. Shook et al. Stabilized Pair Density Wave via Nanoscale Confinement of Superfluid He3, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.015301
A. B. Vorontsov et al. Crystalline Order in SuperfluidHe3Films, Physical Review Letters (2007). DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.045301
