Description of the non-linear oscillators for study of superfluid helium flows

• Název práce v češtině: Popis nelineárních oscilátorů pro výzkum proudění supratekutého helia
• Název v anglickém jazyce: Description of the non-linear oscillators for study of superfluid helium flows
• Klíčová slova: nelineární oscilátory|supratekuté helium|kvantová turbulence
• Klíčová slova anglicky: non-linear oscilators|superfluid helium|quantum turbulence
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Šimon Midlik, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 21.10.2021
• Datum zadání: 03.11.2021
• Datum potvrzení stud. oddělením: 26.04.2022
• Datum a čas obhajoby: 07.09.2022 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 22.07.2022
• Datum odevzdání tištěné podoby: 22.07.2022
• Datum proběhlé obhajoby: 07.09.2022
• Oponenti: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D.
• Konzultanti: doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D.

Zásady pro vypracování

K úspěšnému vypracování této práce student vytvoří fitovací proceduru v programovacím jazyku Python, modelující prúběh rezonance nelineárního "Duffingovského" oscilátoru. Kromě samotné Duffingovy nelinearity bude uvožováno i se závislostí odporových sil a efektivní hmoty oscilátoru na amplitudě výchylky. Program bude testován na reálných datech meřených rezonančních křivek supravodivých mikrodrátků ponořených v supratekutém heliu. Tyto sondy se běžne využívají k měření různých vlastností supratekutého helia (tlak, teplota, viskozita) a také výzkumu kvantové turbulence a vyznačují se nelineárním charakterem rezonance při vyšších budících výkonech. Pro testování programu budou použita v minulosti nameřená data a nebo data získaná z měření nově vyrobených křemíkových mikrodrátků ve tvaru “fotbalové branky”. Fyzikálním cílem práce bude studovat nástup a původ nelinearit, tedy vlastní materiálové, geometrické nebo hydrodynamické efekty, jež budou diskutovány na základě vhodné analýzy parametrů popisujících průběh pozorované rezonance v širokém rozsahu teplot supratekutého helia.

Seznam odborné literatury

L.D. Landau, E.M. Lifshitz: Fluid dynamics, Pergamon Press, 1987
Barenghi, C.F., Donnelly, R.J., Vinen, W.F. (Eds.): Quantized Vortex Dynamics and Superfluid Turbulence, Springer, 2001
C. Enss, S. Hunklinger: Low-Temperature Physics, Springer, 2005
L. Skrbek a kol., Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress, 2011
D. Schmoranzer, Investigation of cryogenic helium flows using mechanical oscillators, PhD. Thesis, 2011

E.Collin, L. Filleau, T. Fournier, Yu. M. Bunkov, H. Godfrin, Silicon Vibrating Wires at Low Temperatures, JLTP 157, 2009
Bradley, D. I.; George, R.; Guenault, A. M.; et al., Operating Nanobeams in a Quantum Fluid, SCIENTIFIC REPORTS, 7, 2017
Kamppinen, T.; Eltsov, V. B., Nanomechanical Resonators for Cryogenic Research, JLTP, 196, 2019
Barquist, C. S.; Jiang, W. G.; Gunther, K.; et al., Damping of a microelectromechanical oscillator in turbulent superfluid 4He: A probe of quantized vorticity in the ultralow temperature regime, PRB, 101, 2020

Předběžná náplň práce

Práce se bude zaobírat modelováním nelineárního "Duffingovského" chování mechanických ocilátorů ponořených v supratekutém heliu. Získané výsledky budou dále porovnány s experimentem na základe analýzy existujících nebo nově nameřených dat.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The focus of this thesis is on the construction of fitting procedure modelling the behaviour of non-linear "Duffing" mechanical oscillators submerged in superfluid helium and comparison of its results with existing or newly obtained experimental data.