Simultaneous Measurement of Torsional Oscillator and NMR of Very Dilute 3He in Solid 4He
通过对超固体~ 4 He的核磁共振谱和扭振子响应的同时测量，研究了扭振子中~ 3 He杂质在固体~ 4 He中的核磁共振性质。通过对含有100至几百ppm 3 He的样品的测量，我们发现了3 He的三种不同状态。第一种是在4 He固体基质中均匀分布的孤立的3 He原子。第二种是在均匀的4 He基质中的3 He团簇，其出现在低于固体混合物的相分离温度。第三种是在4 He晶体的某些不均匀部分中的3 He团簇。我们发现，3 He原子中包含的第三个组件仍然在附近的位置，甚至高于相分离温度。基于这一事实，即使是ppm的3 He影响超固体响应在TO低于和高于相分离温度，我们建议，晶体的非均匀部分，持有第三种类型的3 He，从而具有较高的局部浓度的3 He在超固体现象中起着重要的作用。
2010-06-05 cond-mat.other
Frequency-dependent Study of Solid Helium-4 Contained in a Rigid Double-torus Torsional Oscillator
刚性双环面扭转振子（TO）的构造，以减少任何固有的复杂TO结构的弹性效应，允许明确探测一个真正的超固体签名。我们研究了含固体4 He和0.6 ppb 3 He和300 ppb 3 He的刚性双环TO的频率和温度依赖性响应。我们没有找到证据来支持频率无关的贡献提出的超固体氦的属性。来自与TO耦合的固体氦的简单弹性效应的频率相关贡献本质上是整个响应的原因。周期下降的幅度与${f}^{2}$成线性比例，表明在该TO中观察到的响应主要是由“软”固态氦对环面壁的过冲引起的。刚性TO的耗散与非刚性TO的耗散相比被极大地抑制。
2017-01-26 cond-mat.other
Low frequency elastic measurements on solid $^{4}$He in Vycor using a torsional oscillator
扭转振荡器实验涉及固体$^{4}$他限制在纳米级孔的Vycor玻璃显示出异常的频率变化在温度低于200 mK。这些现象最初被归因于氦的质量与振荡器的解耦，这是超固体的预期特征。然而，这些和类似的异常效应与散装$^{4}$他现在似乎是伪像时，移动位错被钉扎的$^{3}$他杂质产生的大的剪切模量的变化。我们已经使用了扭转振荡器（TO）的技术，直接测量的固体$^{4}$他/Vycor系统的剪切模量在频率（1.2 kHz）在以前的TO实验中使用的。随着TO从1 K冷却到20 mK，剪切模量逐渐增加。我们属性的逐步模量变化的冻结热激活弛豫过程中的固体氦。预计在200 mK以下不会发生快速变化，因为像Vycor那样小的孔隙中不可能存在移动位错。我们的研究结果支持最近的扭转振荡器实验的解释，该实验表明，当通过确保Vycor样品周围没有间隙来消除散装氦中的弹性效应时，没有异常。
2014-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Multiple Mode Torsional Oscillator Studies and Evidence for Supersolidity in Bulk 4He
Kim和Chan（KC）发现，在低于0.2 K的温度下，含有固体$^4$ He样品的扭转振荡器（TO）的周期异常减小，最初被解释为一小部分固体转动惯量与TO的超流样解耦。这些实验似乎证实了切斯特、安德烈耶夫和莱格特30年前的理论预言，即固态$^4$ He中存在低温玻色凝聚超固相。KC的初步结果导致了一系列的实验和理论活动，他们的散装$^4$ He样品的结果很快在一些实验室得到了证实。然而，这一领域的早期兴奋已经被以下认识所冲淡：固态氦$^4$的剪切模量的异常可以解释早期TO实验中观察到的大部分（如果不是全部的话）周期变化。原则上，通过使用多频率扭转振荡器，可以在实验上区分剪切模量引起的周期偏移和由其他物理机制引起的周期偏移。本文将讨论我们最近的研究结果与块体固体$^4$ He的双和三模式TO，使用开放的圆柱形细胞和环形细胞。在这些实验中，我们已经观察到一个小的频率无关的贡献的周期移位信号，如可能是预期在超固相的存在下。由于固体的弹性性质和TO的力学之间的相互作用可能是微妙的，并取决于TO的具体设计，我们将详细讨论我们的测量中使用的TO的力学，应用分析和有限元方法（FEM）进行分析。
2015-11-11 cond-mat.other
Upper limit of supersoldity in solid helium
在低温下，在含有固态氦的扭转振子中观察到的共振周期下降被解释为超固体的特征。然而，有人发现，剪切模量的增加，发现在固体氦在相同的低温下也可以减少扭转振荡器的谐振周期。我们报告的研究结果，在两个不同的扭转振荡器，专门设计，以尽量减少剪切模量的影响，并最大限度地提高任何可能的超固体响应。我们能够对$4\times10^{-6}$的非经典转动惯量或超固体分数设定上限。此外，我们对hcp $^3$ He固体重复了一个早期的实验，它显示出与hcp $^4$ He相似的低温硬化。我们发现，在hcp $^3$ He样品中测得的谐振周期的小下降在大小上与在hcp $^4$ He样品中发现的相当。这些结果强烈表明，在过去十年中，大多数扭转振子研究中报告的共振周期下降主要是剪切模量硬化效应的结果。
2014-07-08 cond-mat.other
Multimode probing of superfluid $\mathbf{^4He}$ by tuning forks
已知微型压电音叉（TF）的弯曲模式振动对$\mathrm{^3He}$和$\mathrm{^4He}$量子流体中的超流激发和量子湍流以及固体$\mathrm{^4He}$的弹性性质高度敏感，从而补充了通过大规模扭转谐振器的研究。在这里，我们探讨的灵敏度TF，能够同时在弯曲和扭转模式，在正常和超流体$\mathrm{^4He}$的激励。与弯曲模式相比，扭转模式主要对传感器-流体界面处的剪切力敏感，并且对周围流体的密度变化不太敏感。尽管我们没有达到扭转模式中量子湍流开始的临界速度，但由于其数量级更高的频率和声阻尼增加，扭转模式对流体激发直接敏感，与弯曲模式产生的量子湍流有关。在单个TF传感器中两种不同模式的组合可以提供一种手段来研究量子液体中以及固体和量子流体之间的界面处的元激发的细节。
2019-08-21 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Pressure-driven flow of solid helium
Kim和Chan最近的扭振子结果表明固体4 He中存在超固态相变。我们已经使用压电驱动的膜片来研究固体氦通过毛细管阵列的流动。我们的测量结果表明没有低温流动的迹象，对压力差的超固体流动进行了严格的限制。在低温下的平均流速小于1.2 × 10 -14 m/s，对应于一个超固体速度至少7个数量级小于从扭转振荡器测量推断的临界速度。
2006-01-09 cond-mat.other
Viscoelastic Behavior of Solid $^4$He
在过去的五年里，几个实验组报告了含有固体$^4$ He的扭转振荡器的周期和振幅与温度的关系的异常。我们通过假设$^4$ He是一种粘弹性固体--一种具有与频率相关的内部摩擦的固体来模拟这些实验。我们发现，虽然我们的模型可以提供一个定量的帐户中观察到的耗散扭转振荡器的实验，它只占约10%的观察到的周期偏移，留下开放的可能性，剩余的周期偏移是由于超流性的样品中的发病。
2008-10-14 cond-mat.other
Vortex Fluid Relaxation Model for Torsional Oscillation Responses of Solid 4He
一个唯象模型的发展，以解释一组新的详细的扭转振子数据的hcp 4 He。该模型是基于安德森的涡流流体（涡缠结）在固体4 He的想法。利用量子化涡旋的动力学的一个很好的研究治疗，我们描述了如何“本地超流分量”参与旋转（扭转振荡）通过极化涡旋纠缠。缠结中的极化出现是由于残余或热涡旋的对齐以及由于额外的涡旋渗透到体积中。两者都以弛豫方式发生，全弛豫时间的倒数τ ^-1是两者之和。其中之一被发现相对于轮辋速度Vac线性变化。所开发的方法解释了实验中观察到的NLRS和Δ Q^-1的行为。我们不仅再现了独特的Vac依赖性，而且还获得了新的信息的旋涡缠结，例如，在τ发散外推T ~ 30 mK。
2009-11-21 cond-mat.other
Non-linear Elastic Response in Solid Helium: critical velocity or strain
扭振实验表明固体4He中存在质量解耦现象。这种退耦是振幅依赖的，表明超固体存在临界速度。我们在弹性剪切模量中观察到类似的行为。通过在宽频率范围内测量剪切模量，我们可以区分依赖于速度的振幅依赖性和依赖于位移等其他参数的振幅依赖性。与扭转振子行为相反，模量取决于应力的大小，而不是速度。我们解释我们的结果中的运动的位错是弱钉扎的3He杂质，但大的应力时，脱离。
2010-01-29 cond-mat.other
Effects of $^3$He Impurity on Solid $^4$He Studied by Compound Torsional Oscillator
含$^3$ He杂质固体样品引起的复合扭振子的频移和耗散（$x_3$ = 0.3，3，6，12和25，单位为10 $^{-6}$）在两个谐振模式频率下测量（$f_1$ = 493和$f_2$ = 1164 Hz）。$f_1$模式的分数频移远小于$f_2$模式的分数频移。随着$T$增加到0.3 K以上，观察到的频移继续减小，并且在所有$x_3 \geq$ 3 ppm的样本中，传统的非经典旋转惯性分数并未得到很好的定义。在所有样品中，$f_2$模式的耗散峰值出现的温度高于$f_1$模式的耗散峰值。在所有样品中，$f_1$模式的峰值耗散幅度大于$f_2$模式的峰值耗散幅度。激活能和特征时间（$τ_0$）提取每个样品从模式频率和反向峰值温度之间的Arkriius图。所有样品中的平均活化能为430 mK，在$x_3$ = 0.3至25 ppm的样品中，$τ_0$的范围为2 $\times 10^{-7}$ s至5 $\times 10^{-5}$ s。特征时间与$x_3^{2/3}$成比例增加。所观察到的耗散的温度依赖性与从简单的德拜弛豫模型\emph{if}预期的那些一致，对于每种模式分别调整耗散峰值幅度。观察到的频率偏移大于模型的预期。在较高的频率模式下，观察到的频率偏移和模型频率偏移之间的差异增加。
2011-02-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.other
A non-superfluid origin of the non-classical rotational inertia in a bulk sample of solid 4He
扭转振荡器实验研究了无序对固体4 He样品的非经典转动惯量（NCRI）的影响。NCRI随着无序度的增加而增加，但导致这种增加的周期变化主要发生在较高的温度下，而在最低温度下，振荡器周期相对不受影响。这一结果与基于超固体情景的预期相反，并指出NCRI的非超流体起源。
2010-06-21 cond-mat.other
Absence of Pressure-Driven Supersolid Flow at Low Frequency
超固体研究中一个重要的未解决的问题是在Kim和Chan的扭振子实验中观察到的非经典转动惯量（NCRI）现象在多大程度上是具有超流体性质的玻色凝聚超固态的证据。在一个开放的环形几何形状，Kim和Chan发现，固体的一小部分转动惯量是从振荡器的运动解耦;然而，当环被一个分区阻塞，解耦的超固体部分被锁定到振荡器被加速由移动分区产生的AC压力梯度。这些观测结果与超流流体动力学理论是一致的。我们应用低频交流压力梯度，以寻找超流体样的响应在超固体样品。我们的结果是一致的零超固体流动的低频压力梯度。我们的数据集的统计分析的约束，在68%的置信水平，9.6 $\times 10^{-4}$ nm/s的质量传输速度进行的一个可能的超固体流。根据超固体的简单模型，在25 mK下，在相同的置信水平下，超固体分数的上限设定为3.3 $\times 10^{-6}$。这些发现迫使我们得出这样的结论，即在扭振子实验中观察到的NCRI并不是频率无关的超流状态的证据。超固体行为是一种频率依赖性现象，在扭转振荡器实验的频率范围内非常明显，但在接近零的频率下不可检测。
2009-08-27 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Critical velocities and the effect of steady and oscillating rotations on solid He4
我们应用我们最近发展的固体He 4中量子扭折波的玻色凝聚模型来理解最近扭振子实验的临界速度结果以及在0.1 ° K附近的稳态和振荡旋转的影响。当存在直流旋转时，我们发现由$Q^{-1} \propto f_{sf}\times Ω_{D}/ω_{TO}$给出的Q因子减小，其中$f_{sf}$是超流分数，$Ω_{D}$是D. C.角旋转速度，$ω_{TO}$，扭转振荡器振荡频率。我们估计AC临界速度$Ω_A^{crit}$为产生波矢量的扭结波所需的速度$2π/L_d$，其中$L_d$是位错网络节点之间的距离。我们将其推广到包括定常旋转，并找到一个D。C.临界速度$Ω_D^{crit} \propto (Ω_{A}^{crit})^{1/2}$。稳态和振荡的临界速度的估计与实验结果的数量级协议。我们还研究了另一种通过位错网络中节点的扭结隧穿机制，发现扭振子频率也有依赖性：$Ω_D^{crit}=[Ω_A^{crit} ω_{TO}2π]^{1/2}. $ DC临界速度$Ω_D^{crit}$比实验值高10倍。
2011-07-21 cond-mat.other quant-ph
Activation barrier scaling and crossover for noise-induced switching in a micromechanical parametric oscillator
我们探讨了参数驱动的微机械扭转振子中的涨落诱导开关。振荡器具有一个，两个或三个稳定的吸引子，这取决于调制频率。噪声诱导共存吸引子之间的转换。在分叉点附近，激活势垒被发现有一个幂律依赖于频率失谐的临界指数，与预测的普遍标度关系。在大失谐，我们观察到一个交叉到一个不同的幂律依赖与指数是设备特定的。
2006-09-15 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Damping of a micro-electromechanical oscillator in turbulent superfluid $^4$He: A novel probe of quantized vorticity in the ultra-low temperature regime
本文研究了超流$^4$ He中的量子湍流和量子涡旋对微机电系统（MEMS）谐振腔运动的影响。我们发现，MEMS是唯一敏感的量子湍流存在于流体中。为了在流体中产生湍流，将石英音叉（TF）放置在MEMS附近并以大振幅驱动。我们观察到，在低速下，MEMS被湍流阻尼，并且在临界速度$v_c \simeq 5\,$ mm\，s $^{-1}$以上，湍流阻尼大大减小。我们发现，以上$v_c$，MEMS的阻尼进一步降低，以增加速度，表示MEMS的表面和构成湍流的量子化涡旋之间的速度依赖性耦合。我们提出了一个模型的流体和MEMS表面的涡流之间的相互作用。这些器件对少量涡旋的敏感性和MEMS几乎无限的定制性为更完整地理解量子化涡旋和振荡结构之间的相互作用打开了大门，这反过来又为研究单个涡旋的动力学提供了新的途径。
2020-05-13 cond-mat.other
Observation of non-classical rotational inertia in bulk solid 4He
在Kim和Chan（KC）最近的扭转振荡器实验中，已经观察到在多孔材料和块状环形通道中的固体4 He的转动惯量的减小。这一观测结果强烈地表明，在固体4 He中存在“非经典转动惯量”（NCRI），即超流。为了研究这种可能的“超固态”相，我们进行扭转振荡器实验的圆柱形固体4 He样品。我们已经观察到两个固体样品（压力P = 4.1和3.0 MPa）的转动惯量低于200 mK的下降。在70 mK下观察到的NCRI分数为0.14%，约为KC在环中观察到的分数的1/3。我们的观察是KC发现的可能的超固体的第一个实验证实。
2006-07-03 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
On The Mobile Behavior of Solid $^4$He at High Temperatures
本文报道了在1.07K和1.87K之间的温度下，扭振子中所含的固态氦的研究。我们使用商业纯$^4$ He和含有100 ppm $^3$ He的$^3$ He-$^4$ He混合物在振荡器内生长单晶。晶体生长在恒定的温度和压力下的熔化曲线。在生长结束时，晶体是无序的，随后它们与振荡器部分解耦。解耦的He质量的分数是温度和速度依赖的。在1 K附近，从混合物生长的晶体的解耦质量分数达到约35%的极限值。在低于1.3K的温度下使用商业纯$^4$ He生长的晶体的情况下，该分数要小得多。这种差异可能与在固液界面处的粗糙化转变有关。
2011-02-27 cond-mat.other
Evidence for a High-Temperature Disorder-Induced Mobility in Solid $^4$He
我们在1.3 - 1.9K温度范围内对固体$^4$ He进行了扭振子实验。我们发现的现象类似于在0.2K以下的温度下观察到的现象，目前正在讨论它们在超固体方面的解释。这些现象包括从振荡器的固体氦质量的部分解耦，耗散的变化，以及解耦质量的速度依赖性。这些都在固态$^4$ He的bcc相和hcp相中观察到。这种行为的发生与晶体无序的产生是巧合的，但并不强烈依赖于晶体的对称性或温度。
2010-07-20 cond-mat.other
Universal onset of quantum turbulence in oscillating flows and crossover to steady flows
超流氦振荡流中量子湍流起始的临界速度v_c是普适的，其标度为v_c \sim \sqrt{κω}，其中κ为循环量子，ω为振荡频率。这个结果可以从基于“超流雷诺数”的一般论证中导出。只有数值前置因子可能在某种程度上取决于振荡物体的几何形状，因为物体表面的流速可能与物体的速度幅度不同。从湍流状态的动力学导出的更详细的分析给出v_c \approx \sqrt{8κω/β}，其中β \sim 1取决于相互摩擦参数。这种普遍性相比，最近发现的普遍性的经典振荡流。我们还讨论了对流涡度对量子湍流起始的影响。最后，我们再次利用“超流雷诺数”，讨论了当接近定常情况ω= 0时，v_c的变化。在这种情况下，v_c的尺度为κ/R，其中R是物体的大小。
2009-09-16 cond-mat.other
Interplay of Rotational, Relaxational, and Shear Dynamics in Solid 4He
使用高灵敏度的扭转振子技术，我们映射的旋转和弛豫动力学的固体氦-4在整个参数范围内提出的超固体。我们发现的证据表明，相同的微观激励控制的扭转振子运动产生独立的热和机械刺激。此外，这些激发的弛豫时间的措施发散顺利没有任何指示的临界温度或临界速度的超固体转变。最后，我们证明了TO响应的组合温度-速度依赖性与固体剪切模量的组合温度-应变依赖性是不可区分的。这意味着，固体氦-4的旋转响应归因于超固体与产生相同的微观激发所产生的直接剪切应变。
2011-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Fluctuation-enhanced frequency mixing in a nonlinear micromechanical oscillator
研究了欠阻尼微机械扭转振子中噪声增强的混频现象。振荡器由频率为$ω_d$的强周期性电压静电驱动进入双稳态。以接近$ω_d$的频率$ω$施加第二弱交流电压。由于系统的非线性，$ω$和$2ω_d-ω$都发生振动。白噪声被注入激励，允许系统偶尔克服激活障碍并在两种状态之间切换。在主驱动频率的两个状态的职业是近似相等的，我们观察到噪声引起的增强的振荡幅度在$ω$和下变频频率$2ω_d-ω$，与理论预测一致。这种增强是由于噪声引起的状态间跃迁与两个驱动频率之间的拍频同步而发生的。
2006-03-02 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Evidence for Supersolidity in Bulk Solid $^4$He
本文报道了固体$^4$ He在双频复合扭振器中的低温测量结果。振荡器被设计成抑制固体$^4$ He的所有已知弹性效应引起的周期偏移。在低于0.25 K的温度下，观察到类似于Kim和Chan [Science { \bf 305}，1941（2004）]报道的周期移位信号，尽管幅度小两个数量级。观察到的信号的一个相当大的部分是频率无关的，并与超固体$^4$他预期的质量去耦一致。这一结果与最近对Vycor固体- $^4$ He系统的研究结果形成鲜明对比，并表明在体相固体$^4$ He中可能确实存在少量的$1 \times 10^{-4}$量级的超固态组分.
2014-07-06 cond-mat.other
Momentum deficit in quantum glasses
利用隧穿二能级系统的概念解释了扭振子实验中观察到的无序固体~ 4 He转动惯量的减小。关键点是运动固体中二能级系统的动量亏损这一奇特的量子现象。我们发现，一个不寻常的状态，这是本质上不同于正常和超流固体状态可以实现在量子玻璃。这种状态的特点是在振荡器实验中转动惯量减小，没有超流，以及在稳定旋转中的正常行为。
2009-07-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.other
Frequency Dependence and Dissipation in the Dynamics of Solid Helium
扭振实验固体4 He显示频率的变化，这表明质量去耦，但发病是广泛的，并伴有耗散峰。我们已经测量了弹性剪切模量在一个广泛的频率范围内，从0.5 Hz至8 kHz，并观察到类似的行为-硬化和耗散峰。这些特征与无序系统中的热激活弛豫过程中的动力学交叉而不是真正的相变相关。如果在直流响应中有一个转变，例如到超固态，它必须发生在低于55 mK。
2010-04-13 cond-mat.other
Frequency Dependence of the Supersolid Signature in Polycrystalline 4He
我们报告的研究，使用两个模式的扭转振荡器，推定的超固体签名多晶4 He。在两个频率下的测量使我们能够消除对签名的粘弹性贡献，以及由样品的温度依赖性剪切模量引起的其他仪器效应。通过其有效转动惯量编码的样品的复杂响应函数显示出意外且无法解释的频率依赖性。这不能用样品内的玻璃态动力学来解释。这些结果并不排除大块固体4 He存在超固态的可能性。?
2014-09-21 cond-mat.other
Thermal History of Solid 4He Under Oscillation
本文研究了含固体~ 4 He扭转振子共振频率的热历史。我们发现，发生在100 mK以下的频率偏移的幅度是多值的低温极限，与确切的值取决于如何准备的状态。这一结果可以定性地解释在样品内的量子化涡旋的运动和钉扎。数据的几个方面也与位错线对施加在固体上的振荡应力场的响应一致。
2008-01-13 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Annealing in solid $^4$He
我们用一个共振频率为185 Hz的方形截面扭转振子来证实Kim和Chan \cite{1,2}发现的非经典转动惯量。我们还发现了一个强相关的NCRI信号和高耗散Q $^{-1}$的4 $\times$ 10 $^{-6}$以上的转变温度的振荡。在这里，我们展示了在26 bar压力下在$^{4}$ He中退火过程的初步结果。当保持温度恒定在1 K以上时，我们观察到周期立即上升，耗散缓慢衰减。Q $^{-1}$的平衡值随温度的升高而降低。
2007-05-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
