Quantum fluid dynamics and quantum turbulence probed using micro- and nano-resonators
| Název práce v češtině: | Výzkum kvantových kapalin a kvantové turbulence pomocí mikro- a nano-rezonátorů |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Quantum fluid dynamics and quantum turbulence probed using micro- and nano-resonators |
| Klíčová slova: | supratekuté hélium, kvantová turbulence, MEMS/NEMS, oscilační proudění |
| Klíčová slova anglicky: | superfluid helium, quantum turbulence, MEMS/NEMS, oscillatory flow |
| Akademický rok vypsání: | 2019/2020 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 17.07.2019 |
| Datum zadání: | 17.07.2019 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 02.10.2019 |
| Datum a čas obhajoby: | 07.09.2023 10:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 04.07.2023 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 07.07.2023 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 07.09.2023 |
| Oponenti: | Richard Haley |
| RNDr. Peter Skyba, DrSc. | |
| Konzultanti: | prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc. |
| Zásady pro vypracování |
| Kvantová turbulence (KT) může vzniknout např. v proudění supratekutého hélia za nízkých teplot pod 2,17 K. Přes četné odlišnosti má mnoho společného s klasickou turbulencí a lze ji chápat jako modelový systém ke studiu obecných zákonitostí turbulence. Jednou z technik používaných k experimentálnímu výzkumu KT je měření sil působících na ponořené oscilátory, např. v podobě drátků, koulí, mřížek, či ladiček [1]. V současnosti je patrný výrazný posun k mikroskopickým až nanoskopickým objektům, které nabízí kromě vynikajícího prostorového rozlišení taky vysokou citlivost.
Hlavním tématem této práce bude detailní studium laminárního/potenciálního proudění a přechodu k turbulenci pomocí různých mikro- a nano- rezonátorů za teplot od 10 mK (čistě supratekuté proudění) až po 2,17 K (kritická teplota pro supratekutost v 4He). Použité rezonátory budou zahrnovat supravodivé drátky [2] či litograficky připravené Si či Si3N4 struktury [3]. Tyto mikro-rezonátory mohou být použity samostatně, kdy fungují jako zdroj a detektor oscilačního proudění zároveň, nebo mohou být umístěny do stacionárního proudění vyvolaného např. fontánovým jevem či malou turbínou. Výstupem bude určení kritických parametrů pro nestability v těchto typech proudění, které se projeví z hlediska odporových sil působících na ponořené detektory. Alternativní způsob realizace stacionárního proudění představuje použití mikrofluidických zařízení. Práce bude doplněna stážemi na zahraničních pracovištích v rámci tzv. European Microkelvin Platform (např. Lancaster University, Aalto University), kde se podobné rezonátory využijí pro studium vlastností supratekutých fází izotopu 3He. |
| Seznam odborné literatury |
| [1] L. Skrbek and W. F. Vinen, The use of vibrating structures in the study of quantum turbulence, in Progress in Low Temp. Phys., edited by M. Tsubota and W. P. Halperin (Elsevier, Amsterdam, 2009), Vol. XVI, Chap. 4.
[2] D.I. Bradley et al., The Transition to Turbulent Drag for a Cylinder Oscillating in Superfluid He-4: A Comparison of Quantum and Classical Behavior, J. Low Temp. Phys. 154 (2009) 97 [3] M. Defoort, K.J. Lulla, C. Blanc, H. Ftouni, O. Bourgeois, E. Collin, Stressed Silicon Nitride Nanomechanical Resonators at Helium Temperatures, J. Low Temp. Phys. 171 (2013) 731 L. Skrbek a kol., Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Hydrodynamics C.F. Barenghi, R.J. Donnelly, W.F. Vinen, Quantized Vortex Dynamics and Superfluid Turbulence, Springer Berlin (Heidelberg), 2001 |