Mutual Friction in Dissipative Gross-Pitaevskii Thermal Counterflow Turbulence
University of Tsukuba（筑波大学）；National Institute for Fusion Science（国立研究開発法人核融合科学研究所）；Nagoya University（名古屋大学）
通过数值模拟耗散Gross-Pitaevskii方程研究热逆流湍流，发现相互摩擦加速度与超流和正常流体平均相对速度呈立方标度关系，且系数与唯象阻尼参数相关。
2026-05-25 cond-mat.other physics.flu-dyn
Mutual friction in superfluid $^3$He-B in the low-temperature regime
我们测量了一个旋转的超流体样品$^3$ He-B在零温极限下自旋下降到静止的响应。在流动环境中偏离完美的圆柱对称性会导致初始响应变为湍流。沿旋转轴方向涡的高极化抑制了湍流行为，导致层流的后期响应。我们从残留涡团的进动频率确定了$(0.13-0.22) T_{\mathrm{c}}$层流衰减过程中的耗散。我们提取的互摩擦参数$α$，并确认其对温度和压力的依赖性与理论预测一致。我们发现，零温度外推的$α$的压力无关的值$α(T=0) \sim 5 \cdot 10^{-4}$，我们归因于一个过程中，开尔文波，在容器的表面激发，传播到散装和增强能量耗散通过过热涡核束缚费米子。
2018-02-21 cond-mat.other
Vortex Motion in Superfluid $^4$He: Effects of Normal Fluid Flow
利用Hall-Vinen-Bekarevich-Khalatnikov（HVBK）唯象模型研究了超流~ 4 He中涡丝的运动.首先在固有几何参数空间中解析地制定HVBK方程，以获得对与摩擦系数α和α ′（在Hall-Vinen符号中）相关联的摩擦项的物理含义以及与摩擦系数α ′相关联的摩擦项的先前忽略的洞察。包括了沿涡丝方向和横截涡丝方向的法向速度分量。这一分析性发展也有助于突出说明在这条道路上取得进一步进展所遇到的困难。在外部涡丝坐标空间的HVBK方程的重新制定，然后给出这是已知的（Shivamoggi），在这方面提供了一个有用的替代分析方法。在考虑广义正常流体流动的情况下，给出了超流体中非线性Kelvin波在涡丝上传播的非线性薛定谔方程。与α撇相关的摩擦项，即使在存在垂直于涡丝的正常流体速度分量的情况下，也只产生开尔文波的代数增长，因此为忽略该项提供了进一步的理由。另一方面，不稳定性所产生的摩擦项与α通过正常的流体速度分量沿涡丝显示，表现为一个参数放大考虑的问题，在超流体中的旋转平面涡丝。
2012-10-17 cond-mat.other
Influence of different mutual friction models on two-way coupled quantized vortices and normal fluid in superfluid $^4$He
本研究通过超流 $^4$He 双向耦合模拟，详细对比了 S2W 和 2W 两种相互摩擦模型在量子涡环传播、重连及热逆流中的表现，发现 S2W 在微观尺度更精确但需高分辨率，2W 适用于低分辨率复杂流动但预测的速度波动较低。
2024-10-17 cond-mat.other
Coupled dynamics for superfluid $^4$He in the channel
本文研究了超流$^4$ He在具有层流法向分量的逆流湍流中的法向分量和超流分量的耦合动力学。特别是，我们计算的正常速度，相互摩擦，涡线密度和其他流动特性的配置文件，并比较它们的情况下，当正常组件的动态是“冻结”。我们已经发现，正常和超流成分之间的耦合导致正常速度分布的平坦化，随着温度的升高，相互摩擦变得越来越明显，因此耦合变得更强。当考虑两个部件之间的耦合时，通常测量的流动特性也会改变。
2016-08-22 cond-mat.other
Imaging the decay of quantized vortex rings to decipher quantum dissipation
像许多量子流体一样，超流氦-4（He II）可以被认为是两种可混溶流体成分的混合物：无粘超流和由热准粒子组成的粘性正常流体[1]。由于准粒子从超流体中的量子化涡旋线上散射，两种流体之间会出现相互摩擦[2]。这种量子耗散机制是理解双流体系统各种迷人行为的关键[3，4]。然而，由于缺乏指导性的实验数据，尽管进行了数十年的研究[5-10]，但对单个涡流和正常流体之间的相互摩擦进行建模仍然是一个悬而未决的话题。在这里，我们报告的实验中，我们可视化的运动的量子化涡环在He II的装饰与固化氘示踪粒子。通过研究环如何自发地收缩和加速，我们提供了明确的证据，表明只有最近的理论[9]才能再现观察到的环动力学，该理论解释了两种流体的耦合运动与自洽的局部摩擦。我们的工作消除了He II涡旋动力学理论描述中长期存在的模糊性，这将产生深远的影响，因为类似的相互摩擦概念已被广泛应用于各种量子双流体系统，包括原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）[11，12]，超流中子星[13-15]和重力映射全息超流[16，17]。
2022-11-03 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Theory of energy spectra in superfluid He-4 counterflow turbulence
在热驱动的超流He-4湍流中，逆流速度$U_{\rm ns}$部分地取代了正常和超流湍流速度。最近，我们建议[J]低温。Phys. 187，497（2017）]认为，这种解耦应通过相互摩擦极大地增加湍流能量耗散，并显著抑制能谱。逆流湍流中二阶正常流体速度结构函数$S_2(r)\propto r^{n_{\rm exp}}$的表观标度指数nexp的综合测量[Phys.Rev.B 96，094511（2017）]证实了我们的湍流统计对流动参数的逐渐依赖性。我们发展了一个逆流湍流的分析理论，解释了这种现象的双重机制：i）由相互摩擦引起的湍流速度耦合与$U_{\rm ns}$引起的湍流速度解耦之间的尺度依赖性竞争; ii）由速度解耦增强的相互摩擦引起的湍流能量耗散。建议的理论预测的能量谱的流动参数范围很广。对于$T\gtrsim 1.85$ K，在没有拟合参数的情况下，得到的正常流体能谱$\langle m_n\rangle_{10}$的平均指数定性地与观测到的$n_{\rm exp} + 1$一致
2018-07-02 cond-mat.other
Superfluid Spin-up: 3D Simulations of Post-Glitch Dynamics in Neutron Star Cores
本文首次在全球体内求解HVBK方程，对中子星毛刺后双组分流体的自旋加速进行三维非线性模拟，揭示了埃克曼抽吸与互摩擦耦合对超流加速时间尺度的空间依赖影响。
2024-09-04 astro-ph.HE astro-ph.SR cond-mat.other
Glitch rises as a test for rapid superfluid coupling in neutron stars
脉冲星故障提供了一种独特的方式来研究中子星微观物理，因为短的故障后动力学直接联系到小尺度上的强摩擦过程。为了说明这种宏观观测值和微观物理之间的联系，我们审查的涡旋相互作用的计算集中在开尔文波激发，并确定相应的相互摩擦强度为现实的内部地壳微观参数。这些密度相关的地壳耦合配置文件相结合的核心耦合的简化处理和实施的三个组成部分的中子星模型，构建一个预测框架毛刺上升。由于密度依赖动力学的结果，我们发现超流体在不同的时间尺度上向地壳和地核的不同部分传递角动量。这可能导致自旋频率变化在时间上变得非单调，从而允许最大值远大于测量的毛刺大小，以及恢复延迟。计算出的毛刺上升的确切形状在很大程度上取决于地壳和内核之间相互摩擦的相对强度，这不仅提供了探测地壳超流的手段，也提供了探测更深的中子星内部的手段。为了证明这种方法的潜力，我们将我们的预测模型与2016年12月船帆座脉冲星故障期间记录的第一次脉冲到脉冲观测进行了比较。我们的分析表明，毛刺上升的行为是相对不敏感的地壳相互摩擦强度，只要$\mathcal{B} \gtrsim 10^{-3}$，而强烈依赖于核心的耦合强度，我们发现是在范围$3 \times 10^{-5} \lesssim \mathcal{B}_{\rm core} \lesssim 10^{-4}$。
2018-07-28 astro-ph.HE astro-ph.SR cond-mat.other
Steady-state spectrum of Kelvin waves on a quantized vortex at finite temperatures
本文用数值方法计算了超流4He涡旋上的Kelvin波的稳态谱，该涡旋由振动端点驱动，由相互摩擦阻尼。向稳定状态的弛豫速率由相互摩擦决定。我们已经达到了零温度极限，其中稳态光谱和涡旋长度变得与温度无关。我们的驱动器与点状钉扎网站产生的特征光谱与$|w_m|\propto m^{-η}$，其中$η\approx$ 1.88。空间上尖锐的峰值驱动以及我们固定振荡幅度而不是功率的事实导致即使当相互摩擦很大时也不存在来自相互摩擦的高k截止。该谱对于所使用的固定边界条件是通用的。在没有固定的情况下，光谱对驱动器敏感。如果允许涡旋自行松弛，则谱甚至依赖于初始谱的振幅。因此，在实际系统中，开尔文谱不是唯一的，而是取决于外部条件。
2012-04-23 cond-mat.other
Temperature suppression of Kelvin-wave turbulence in superfluids
在超流湍流的能量耗散现象中，量子涡旋上传播的Kelvin波起着至关重要的作用。以前的理论研究一直集中在开尔文波湍流统计物理的零温度极限。在这封信中，我们通过引入非零相互摩擦耗散力形式的小但有限的温度来超越这个无热极限;在超流湍流的实际实验中经常遇到的一种情况。在这种情况下，我们表明，存在一个新的典型的长度尺度分离的准惯性范围的开尔文波湍流远耗散范围。这封信的高潮与分析预测的能谱的开尔文波湍流在这两个制度。
2012-07-29 cond-mat.other cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Quantum turbulence at finite temperature: the two-fluids cascade
为了模拟超流氦中各向同性的均匀量子湍流，我们对相互摩擦耦合的两种流体（正常流体和超流）进行了直接数值模拟（DNS）。我们发现了超流和正常流体沿湍流级联的强锁定的证据，从大尺度结构，只有一个流体被迫下到涡度结构在小尺度。我们已经确定了两种流体之间的残余滑移速度，以及对于每种流体，惯性力、粘性力和摩擦力沿尺度的相对平衡。我们的计算表明，能量注入和耗散尺度之间的经典关系是不成立的量子湍流，但我们已经能够导出一个温度依赖的超流类似的关系。最后，我们讨论了我们的DNS结果的量子湍流，包括有效运动粘度的值的当前理解。
2009-05-17 cond-mat.other physics.class-ph
Andreev reflection in rotating superfluid $^3$He-B
本文评述了在$T \leq 0.20\,T_\mathrm{c}$的弹道准粒子输运温度范围内，超流$^3$ He的各向同性B相中来自量子线涡的准粒子激发的Andreev反射。本文用准粒子束沿旋转轴方向照射直线涡旋阵列，测量了直线涡旋阵列在固体旋转中的反射。结果与Andreev反射的计算结果一致。Andreev信号也被用来分析从平衡涡旋状态突然脉冲停止旋转后超流成分的自旋下降。在一个测量设置中，旋转的圆柱体具有粗糙的底面，湮灭的旋涡通过领先的快速湍流爆发，其次是尾随缓慢的层流衰减，从中可以确定的相互摩擦耗散进行。与目前公认的理论相反，发现相互摩擦在零温度极限下具有有限值：$α(T \rightarrow 0) = (5 \pm 0.5) \cdot 10^{-4}$。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Local and non-local energy spectra of superfluid $^3$He turbulence
低于相变温度$Tc \simeq 10^{-3}$ K的He-3B具有正常和超流体成分的混合物。这种物质中的湍流主要由超流体成分携带。我们探讨这种量子湍流的统计特性，强调从更好地了解经典对应的差异。为此，我们研究了历史悠久的Hall-Vinen-Bekarevich-Khalatnikov粗粒超流湍流方程。我们结合伪谱的直接数值模拟与分析的基础上的积分封闭的能量通量的考虑。我们避免了以前在分析和数值研究超流He-3B湍流中使用的能量传递局部性的假设。对于T<0.37 Tc，具有相对较弱的相互摩擦，我们证实了先前发现的“亚临界”能谱E（k），由两个幂律的叠加给出，其可以近似为$E(k)~ k^{-x}$，具有表观标度指数5/3 <x（k）< 3. For T>0.37 Tc，并且具有强相互摩擦，我们用数值方法观察并解析地证实了尺度不变谱$E(k)~ k^{-x}$，（k无关）指数x > 3，其随着温度逐渐增加并且对于$T\approx 0.72 Tc$达到值$x\simeq 9$。在近临界状态下，我们发现了一个强大的增强的不稳定性超过了一个数量级的相应水平，在经典的流体动力学湍流。
2017-01-25 cond-mat.other
Steady-state superfluidity of light in a tunable cavity at room temperature
在一定条件下，非线性腔中的光可以像超流体一样无摩擦地流动。到目前为止，部分轻部分物质（即，极化激元）超流体已经在稳态的液氦温度下或在亚皮秒时间尺度的室温下被观察到。在这里，我们报告的签名超流腔光子（而不是极化激元）的第一次。当对缺陷发射光子流体时，我们观察到高于临界强度和低于临界速度的后向散射的抑制。由于我们的充油腔具有很强的热光非线性，因此出现了室温和稳态的光子超流性。数值模拟定性地再现了我们的实验观察，并揭示了粘性光子流体如何重组成超流体的热弛豫时间内的石油。我们的研究结果建立了热光非线性腔作为探测光子超流性在室温下的平台，并提供了在任意潜在的景观使用结构镜探索超流性的前景。
2020-12-24 cond-mat.other nlin.AO physics.flu-dyn
Brownian motion in superfluid $^4$He
本文利用激光技术研究了超流体$^4$ He中经典微球的布朗运动，作为对量子流体中准粒子热涨落的直接研究。通过计算摩擦系数和随机力的强度的温度依赖性，我们表明，波动运动的共振模式可以完全解决本技术。与前人的工作相反，发现在温度高于0. 76 K时，转动子的贡献是不可忽略的，甚至成为主导.
2011-07-26 cond-mat.other cond-mat.stat-mech physics.optics
Phase diagram of turbulence in superfluid 3He-B
在超流3 He-B中，涡线运动的互摩擦阻尼随温度近似呈指数衰减。我们记录的温度和压力的函数的过渡，从规则的旋涡运动在高温下的湍流在低温下。测量是用非侵入式NMR技术进行的，通过将涡旋环注入无涡旋旋转的长柱中。结果显示了在高流速下的湍流相图，其中从规则到湍流动力学的转变与速度无关。在三个测量压力10.2、29.0和34 bar下，转变中心位于0.52--0.59Tc处，宽度较窄，为0.06Tc，而在零压下，在0.45Tc以上未观察到湍流。
2004-05-26 cond-mat.other
Scanning Superfluid-Turbulence Cascade by Its Low-Temperature Cutoff
本文在最近提出的Kolmogorov叶栅转化为Kelvin波叶栅的设想的基础上，发展了低温截止理论。该理论预测的量子化涡线密度，$L$，控制的摩擦系数，$α(T) \ll 1$，负责截止的特定行为。发现曲线$\ln L(\ln α)$直接反映了叶栅的结构，揭示了四个定性不同的波数区域。与Walmsley { \it et al.}最近的实验非常一致。[arXiv：0710.1033]--其中$L(T)$已被测量到$T \sim 0.08 $ K--意味着低温超流湍流的场景现在已经得到了实验验证，并允许量化开尔文波级联谱。
2008-03-02 cond-mat.other
Turbulent statistics and intermittency enhancement in coflowing superfluid $^4$He
实验表明，机械驱动超流$^4$ He的大尺度湍流统计遵循经典的统计规律。在本文中，我们使用直接的数值模拟来研究在温度范围$T \in[1.3,2.1]$ K的整个尺度范围。数值计算采用自洽和非线性耦合的正常和超流分量。主要结果是：（1）正常分量和超分量的速度涨落在惯性尺度范围内具有良好的相关性，而在小尺度范围内是去相关的。(ii)在1.8K和2K之间的温度范围内，通过组分之间的相互摩擦进行的能量转移特别有效，导致这些温度下的小尺度不稳定性的增强。(iii)在低$T$和接近$T_λ$时，两个分量的能谱和结构函数的标度性质接近经典流体动力学湍流的标度性质。
2017-11-22 cond-mat.other
Entropy entrainment and dissipation in superfluid Helium
在多流体动力学的一般变分框架下，我们讨论了超流体中的有限温度效应。主要目的是提供更复杂的有限温度超流体系统的建模，如混合中子超流体/质子超导体，预计在中子星的外核。我们的最终结果也可以（在一定程度上）用于描述可能存在于深中子星核中的极高密度的色香味锁夸克超导体。作为一个示范的有效性的模型，这是基于治疗的激发系统作为一个无质量的“熵”的流体，我们表明，它是正式等同于传统的双流体超流氦的方法。特别是，我们强调的事实，熵夹带编码的“正常流体密度”的传统方法。我们还展示了如何超流约束的无旋性减少了系统中的耗散系数的数量。这种分析提供了更一般的问题，当涡存在于超流体中，我们讨论了如何在我们的框架中可以占所谓的相互摩擦力。最终产品是一个流体动力学的形式主义有限的温度效应在一个单一的超流冷凝。这一框架可以很容易地扩展到更复杂的情况。
2009-08-12 cond-mat.other
Turbulent dynamics in rotating helium superfluids
新技术，无论是在氦超流体3 He-B和4 He的湍流产生和检测，最近给出了洞察湍流是如何开始的，耗散机制是什么，以及如何湍流衰减时，它出现作为一个瞬态或当外部施加的湍流泵关闭。重要的简化是通过使用3 He-B作为工作流体获得的，其中高粘性法向分量实际上总是处于层流状态，或者通过将4 He冷却到低温，其中法向分数变得非常小。我们描述了最近的研究从低温制度，相互摩擦变得很小或几乎消失。这使我们能够阐明量子湍流接近零温度极限时的工作机制。
2008-08-28 cond-mat.other cond-mat.supr-con
