Quantum turbulence at the nanoscale
Project goals
Investigation of quantum liquids such as superfluid helium at near-zero temperatures has profound implications for our understanding of the fundamental laws of nature, as well as application potential in sensorics and precision control. Taking advantage of sensitive nanoelectromechanical devices (NEMS), we aim to explore the dynamics of superfluid helium, focusing on the links between its elementary excitations and macroscopic hydrodynamics. Inferring the kinetics of thermal excitations in the superfluid from NEMS dissipation will allow us to test universal scaling relations linking the dynamics of the gas of thermal excitations to classical gases. Together with novel microfluidic devices, NEMS will be used to tackle one of the most important problems in quantum turbulence – how exactly turbulent energy is dissipated in a fluid with zero viscosity. Specifically, we will use NEMS to investigate Kelvin waves on pinned quantized vortices, nucleated in a controlled fashion thanks to the microfluidics. Numerical simulations of vortex or excitation dynamics will complement the experiments.
Keywords
superfluid heliumquantum turbulencethermal quasiparticlesmicrofluidicsnanoresonators
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Junior Grants
Call for proposals
SGA0202000002
Main participants
Univerzita Karlova / Matematicko-fyzikální fakulta
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
20-13001Y
Alternative language
Project name in Czech
Kvantová turbulence s nanometrickým rozlišením
Annotation in Czech
Studium kvantových kapalin jako supratekuté hélium v blízkosti teploty absolutní nuly má dalekosáhlé důsledky pro pochopení základních fyzikálních zákonů, ale i praktické využití v senzorice a přesném řízení na kvantové úrovni. V tomto projektu budeme s využitím citlivých nanoelektromechanických zařízení (NEMS) zkoumat dynamiku supratekutého hélia s důrazem na souvislosti mezi jeho elementárními excitacemi a makroskopickou hydrodynamikou. Měření disipace NEMS nám umožní určit parametry tepelných excitací a ověřit univerzální zákony popisující jednotně dynamiku plynu tepelných excitací i klasických plynů. Společně s mikrofluidickými strukturami využijeme NEMS k řešení jedné z nejdůležitějších otázek v oboru kvantové turbulence – jak přesně se disipuje energie proudění v tekutině s nulovou viskozitou. Konkrétně plánujeme využít NEMS k experimentálnímu výzkumu Kelvinových vln na zachycených kvantovaných vírech, jejichž nukleace bude uvnitř mikrofluidických struktur probíhat kontrolovaným způsobem. Experimenty doplníme numerickými simulacemi pohybu kvantovaných vírů a tepelných excitací.
Scientific branches
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2020
Realization period - end
Jun 30, 2023
Project status
—
Latest support payment
Apr 1, 2023
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP24-GA0-GJ-R
Data delivery date
May 21, 2024
Finance
Total approved costs
4,389 thou. CZK
Public financial support
4,389 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
4 389 CZK thou.
Public support
4 389 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Nano-materials (production and properties)
Solution period
01. 01. 2020 - 30. 06. 2023