Quantum fluid dynamics and quantum turbulence probed using micro- and nano-resonators
| Thesis title in Czech: | Výzkum kvantových kapalin a kvantové turbulence pomocí mikro- a nano-rezonátorů |
|---|---|
| Thesis title in English: | Quantum fluid dynamics and quantum turbulence probed using micro- and nano-resonators |
| Key words: | supratekuté hélium, kvantová turbulence, MEMS/NEMS, oscilační proudění |
| English key words: | superfluid helium, quantum turbulence, MEMS/NEMS, oscillatory flow |
| Academic year of topic announcement: | 2019/2020 |
| Thesis type: | dissertation |
| Thesis language: | angličtina |
| 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: | 17.07.2019 |
| Date of assignment: | 17.07.2019 |
| Confirmed by Study dept. on: | 02.10.2019 |
| Date and time of defence: | 07.09.2023 10:00 |
| Date of electronic submission: | 04.07.2023 |
| Date of submission of printed version: | 07.07.2023 |
| Date of proceeded defence: | 07.09.2023 |
| Opponents: | Richard Haley |
| RNDr. Peter Skyba, DrSc. | |
| Advisors: | prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc. |
| Guidelines |
| 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. |
| References |
| [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 |