Meranie kvantovej turbulencie pomocou mikrorezonátorov

• Thesis title in thesis language (Slovak): Meranie kvantovej turbulencie pomocou mikrorezonátorov
• Thesis title in Czech: Měření kvantové turbulence pomocí mikrorezonátorů
• Thesis title in English: Investigation of quantum turbulence using microresonators
• Key words: supratekuté hélium, kvantová turbulence, MEMS
• English key words: superfluid helium, quantum turbulence, MEMS
• Academic year of topic announcement: 2016/2017
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: slovenština
• Department: Department of Low Temperature Physics (32-KFNT)
• Supervisor: doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 30.11.2016
• Date of assignment: 30.11.2016
• Confirmed by Study dept. on: 16.05.2017
• Date and time of defence: 21.06.2017 00:00
• Date of electronic submission: 18.05.2017
• Date of submission of printed version: 18.05.2017
• Date of proceeded defence: 21.06.2017
• Opponents: doc. Mgr. Jaroslav Kohout, Dr.
• Advisors: Dr. Martin James Jackson, Ph.D.

Guidelines

Předmětem této práce bude použití různých mikrorezonátorů (vibrující supravodivé drátky či křemíkové mikrodrátky) k měření turbulence v supratekutém héliu (izotop 4He) v oboru teplot mezi 1,3 K a 2,17 K a porovnání jejich citlivosti. Mikrorezonátory budou nejprve charakterizovány samostatně, později budou umístěny do proudění tryskou vyvolaného tzv. fontánovým jevem. Za tímto účelem bude sestrojena tzv. fontánová pumpa ("fountain effect pump"), která bude schopná definovaným způsobem řídit toto proudění. Student se prakticky seznámí jak s nízkoteplotním experimentem a vlastnostmi supratekutého hélia, tak i s počítačovým řízením experimentu včetně zpětnovazebních algoritmů. Po teoretické stránce budou tvořit náplň práce vybrané partie klasické dynamiky tekutin a dvousložkový model supratekutého hélia.

References

L.D. Landau, E.M. Lifshitz: Fluid dynamics, Pergamon Press, 1987
L.M. Milne-Thomson: Theoretical hydrodynamics,Dover Publications, 1996
R.J.Donnelly: Quantized vortices in helium II, Cambridge University Press, 1991
Progress in Low Temperature Physics, edited by W.P. Halperin, M. Tsubota, Elsevier, 2009
L. Skrbek a kol., Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress, 2011

C.R. Lawson, A Novel Measurement Device for use in Multiphase Helium-3 and 4 at Ultra-Low Temperatures, Ph.D. Thesis
M.J. Jackson, A Study of Quantum Turbulence in Superfluid 3He-B Using Vibrating Structures, Ph.D. Thesis
D.I. Bradley, S.N. Fisher et al., The Transition to Turbulent Drag for a Cylinder Oscillating in Superfluid 4He: A Comparison of Quantum and Classical Behavior, J. Low Temp. Phys. 154, 97 (2009)
M. Defoort, K. J. Lulla et al., Slippage and Boundary Layer Probed in an Almost Ideal Gas by a Nanomechanical Oscillator, Phys. Rev. Lett. 113, 136101 (2014)
M Defoort, S. Dufresnes et al.. Probing Bogoliubov Quasiparticles in Superfluid 3He with a `Vibrating-Wire Like' MEMS Device. Journal of Low
Temperature Physics, Springer Verlag (Germany), 2015, <10.1007/s10909-015-1392-9>.

Preliminary scope of work

Práce je věnována měření kvantové turbulence v supratekutém heliu pomocí mikrorezonátorů. Cílem této experimentální práce je charakterizace mikrorezonátorů jako například supravodivé vibrující drátky a křemíkové mikrodrátky typu MEMS a jejich použití k detekci kvantové turbulence v proudění supratekutého hélia.

Preliminary scope of work in English

The Thesis will be focused on measurements of quantum turbulence in superfluid helium using microresonators. The aim of the Thesis is to characterize microresonators such as superconducting vibrating wire resonators and silicon MEMS wires and use them to detect quantum turbulence generated in a stream of superfluid helium.