Soliton Instabilities and Vortex Streets Formation in a Polariton Quantum Fluid
激子-极化激元是研究玻色量子流体性质的最佳体系。我们在这里报告的观察暗孤子的工程圆形障碍物和他们的衰变成街道的量子化漩涡。我们的实验提供了一个时间分辨的访问的极化激元的相位和密度,这使得自由发展的极化激元的不稳定性的定量研究。孤子的衰减被量化,并确定为耗散极化激元气体中的无序引起的横向扰动的影响。
2011-09-30 cond-mat.quant-gas
Projection Optimization Method for Open-Dissipative Quantum Fluids and its Application to a Single Vortex in a Photon Bose-Einstein Condensate
本文提出了一种用于开放耗散量子流体的投影优化方法,并将其应用于光子玻色-爱因斯坦凝聚体中的单涡旋问题。
2025-05-06 cond-mat.quant-gas
Signatures of Coherent Vortex Structures in a Disordered 2D Quantum Fluid
相干旋转结构的出现是经典和量子二维湍流的特征现象。在这项工作中,我们从理论上表明,在衰减的二维量子湍流中出现的相干涡旋结构可以接近准经典刚体旋转,遵守费曼规则的恒定平均面积涡旋密度,同时保持空间无序。通过开发一个严格的速度概率分布和量子动能谱之间的联系超过波数$k$,我们表明,相干涡旋结构与$k^3$幂律在红外区域的频谱,和一个定义明确的光谱峰,这是一个物理表现的最大的结构。我们讨论了在玻色-爱因斯坦凝聚体实验中实现相干结构的可能性,并提出了Gross-Pitaevskii模拟,表明这种现象及其相关的光谱特征,可以动态地出现从可行的初始涡旋配置。
2014-03-27 cond-mat.quant-gas
Identification of vortices in quantum fluids: finite element algorithms and programs
我们提出了一个宏观复杂的波函数描述的量子流体中的涡旋识别的有限元数值算法。它们的实现使用免费软件FreeFem++作为后处理工具箱与本文一起分发,可用于分析数值或实验数据。介绍了玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)和超流氦流的应用。程序进行了测试和验证,无论是通过求解Gross-Pitaevskii方程或旋转BEC的实验图像获得的数值数据。当使用数值数据时,涡流位置被计算为波函数的拓扑缺陷(零)。对于实验图像,我们计算的原子密度的局部最小值,经过简单的图像处理后提取的旋涡位置。一旦确定了涡流中心,我们使用高斯拟合来精确估计涡流半径。对于涡旋晶格,还计算了晶格参数(涡旋间距离)。后处理工具箱提供了一个完整的描述在超流体中的旋涡结构。二维(巨涡旋转BEC,Abrikosov涡格在实验BEC)和三维(涡环,开尔文波和量子湍流场在超流氦)配置的测试表明,该软件的鲁棒性。与提供数值或实验波函数场的程序的通信是简单和直观的。后处理工具箱也可用于超导体中涡旋的识别。
2022-11-14 cond-mat.quant-gas
Universal expansion of vortex clusters in a dissipative two-dimensional superfluid
超流体中的大量量子涡旋系综本身可以被视为一种表现出反常流体动力学的新型流体。在这里,我们考虑的动力学涡团与热摩擦,并提出了一个解析解,揭示了一个新的普适类耗散超流体的平衡动力学。我们发现,涡度分布的长期动力学是一个膨胀的朗肯涡(即~高帽分布)与初始条件无关。这突出了与经典流体根本不同的衰减过程,其中兰金涡被粘性扩散所禁止。大合奏的点涡的数值模拟证实了普遍的膨胀动力学,并进一步揭示了一个挫折的晶格结构的出现,标志着强相关性。我们目前的实验结果在准二维玻色-爱因斯坦凝聚体是在良好的协议与涡旋流体理论的预测,表明签名的涡旋流体理论可以观察到与$N\sim 11$涡。我们的理论,数值计算和实验结果建立了有效的涡旋流体理论的超流系统。
2020-04-07 cond-mat.quant-gas
Multivortex states and dynamics in nonequilibrium quantum fluids
在广义Gross-Pitaevskii方程描述的强非平衡玻色-爱因斯坦凝聚体中,涡旋运动变为自加速,而长程涡旋-反涡旋相互作用表现为排斥.我们数值研究这些相当不寻常的旋涡性质的多涡系统的动力学的影响。我们表明,在强非平衡的排斥涡和反涡导致其湮灭的显着放缓。此外,在有限尺寸的样品中,多涡系统的松弛可以导致形成亚稳的涡旋-反涡团簇,其形状和大小取决于,特别是,样品的几何形状,边界条件和偏离平衡。我们进一步证明,在强非平衡的自加速涡的相互作用与非均匀的冷凝流可以导致产生新的涡反涡对。
2018-10-15 cond-mat.quant-gas
The Peripheral Vortex Biome of Confined Quantum Fluids and Its Influence on Vortex Pair Annihilation
量子流体中带相反电荷的光学涡旋的自湮灭受到非线性的阻碍,并受到径向限制的促进,从而导致这种对的丰富的生命周期动力学。竞争效应产生了一个周边涡旋的生物群系,这些涡旋可以直接与原始涡旋对相互作用,产生一系列替代事件。数值模拟是用来阐明的作用的涡流生物群落作为一个功能的非线性强度和工程涡之间的初始间距。结果直接适用于其他非线性量子流体,以及可能是有用的控制复杂的凝聚体中的涡旋动力学产生拓扑保护相。
2022-04-06 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.optics
Dynamics of a vortex lattice in an expanding polariton quantum fluid
如果量子流体被足够的角动量驱动,在平衡时,系统的基态由量子化涡旋的晶格给出,其密度由循环的量子化规定。我们报告的第一个实验研究的Feynman-Onsager关系的非平衡极化激元流体,自由膨胀和旋转。在量子流体中最初印刻一个格子的漩涡,我们跟踪皮秒时间尺度上的涡核位置。我们观察到一个加速拉伸的晶格和向外弯曲的线性轨迹的旋涡,由于排斥极化激元相互作用。访问的全密度和相位场允许我们检测到一个小的偏差,从费曼-昂萨格规则的横向速度分量,由于密度梯度的流体包络作用于涡晶格。
2021-09-09 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Anomalous Hydrodynamics of Two-Dimensional Vortex Fluid
二维不可压缩液体的湍流是由稠密的涡系组成的。这样的涡流系统可以被视为一种流体,其本身可以用流体力学来描述。我们发展了涡旋流体的流体力学。该流体动力学捕获了在涡间空间中的快速循环上平均的流体流动的特性。涡旋流体的流体动力学特征是欧拉流体动力学中没有的反常应力。异常应力产生了许多有趣的效应。其中包括:流线的偏转,对伯努利定律的修正,在弯曲空间中具有高曲率的区域中涡流的积累。异常应力的来源是在宏观尺度上表现出来的涡间相互作用在微观尺度上的发散。从点涡动力学的基尔霍夫方程组出发,得到了涡旋流体的流体力学性质
2013-11-18 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-th
Vortex leapfrogging and superfluid dissipation mechanisms in a fluid of light
本研究通过实验观察光流中涡旋跃迁现象,并揭示了两种不同的耗散机制,为超流体涡旋动力学提供了新见解。
2025-12-08 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn quant-ph
Spontaneous rotating vortex rings in a parametrically driven polariton fluid
我们提出了在参数驱动的量子流体中的自发旋转涡环的理论预测极化激元-耦合量子阱激子和微腔光子的相干叠加。这些环不仅在没有任何旋转驱动的情况下出现,而且在没有捕获势的情况下出现,在一个已知的模型中定量映射到实验中。首先,我们提出了一种新的参数泵计划的极化激元,与圆对称和径向电流,并表征由此产生的非平衡凝聚。我们表明,该系统是不稳定的,通过调制不稳定性的圆对称性的自发破缺,随后出现一个涡环与大净角动量,在两个拓扑结构不同的状态之一旋转。这样的环是坚固的,并携带独特的实验签名,因此它们可以在新一代极化激元器件中找到应用。
2016-06-28 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Vortex lattice states of bilayer electron-hole fluids in quantizing magnetic fields
该研究揭示强磁场下弱带电二维电子-空穴流体的基态为蜂窝状涡旋-反涡旋晶格,并预测电荷密度增加或磁场减弱会引发涡旋去局域化转变,可通过逆流输运电阻突增观测。
2025-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Stationary quantum vortex street in a driven-dissipative quantum fluid of light
我们研究了一类新的密度相缺陷的形成在共振驱动的二维量子流体的光。系统的双稳性允许形成低密度区域,其中包含被限制在高密度区域之间的密度相位奇异性。我们发现在一维通道中,平行于通道轴形成奇数(1-3)或偶数(2-4)个暗孤子,以适应由势垒中的泵浦引起的相位约束。这些孤立子分子通常是不稳定的,并朝着在\emph{cw}实验中可直接观察到的静态对称或反对称的涡列阵列发展。这种光子平台的灵活性允许实现更复杂的潜力,如迷宫般的通道,与连接入口,从而解决迷宫的涡街。
2019-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Giant Vortex Clusters in a Two-Dimensional Quantum Fluid
通过瞬时搅拌向系统添加能量通常会导致更多的无序。相比之下,在有界二维流体中的点状涡被预测为在一定能量以上重新排序,形成持续的涡簇。在这里,我们实现了实验这些涡团在一个平面超流体:一个$^{87}$ Rb玻色-爱因斯坦凝聚体局限于一个椭圆形的几何形状。我们证明,集群持续很长一段时间,保持在一个高能量状态的超流系统远离全球平衡。我们的实验探索了涡旋物质在负绝对温度下的状态,并与拓扑缺陷、二维湍流以及氦膜、非线性光学材料、费米子超流体和夸克-胶子等离子体等系统的动力学有关。
2020-01-17 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Quantum vortex stability in draining fluid flows
本研究探讨排放流体流动中量子涡旋的稳定性,发现会聚流动可抑制初级分裂不稳定性,但圆形捕获结构中会出现与旋转黑洞超辐射不稳定性相关的次级不稳定性,终态为沿壁传播的冲击波并催生大量涡旋。
2024-03-09 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Interaction-Shaped Vortex-Antivortex Lattices in Polariton Fluids
量子化涡旋等拓扑缺陷是玻色-爱因斯坦凝聚体超流性质的最显著表现之一,也是宏观尺度上量子力学现象的典型例子。在这里,我们证明了形成一个晶格的涡旋-antivortex对和研究,第一次,它的性质在非线性制度在高极化子密度的极化激元-极化激元相互作用占主导地位的系统的行为。在这项工作中,首先,我们证明了阵列的涡旋-antivortex对可以产生在一个可控的方式在阵列的大小和它的基本单元格的大小和形状方面。然后,我们证明,极化激元-极化激元排斥可以强烈变形的晶格晶胞,并确定的图案分布的涡旋-antivortex对,达到一个全新的行为相对于几何生成的涡旋晶格的形状是由系统的几何形状。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Quantum vortices leave a macroscopic signature in the normal fluid
该研究通过数值模拟揭示超流氦II中量子涡旋线在正常流体中产生宏观尾流,证明正常流体流动可描述为均匀流与尾流叠加,导致非经典速度统计,并可能解释近期实验发现。
2025-11-02 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Non-equilibrium charge-vortex duality
本研究将电荷-涡旋对偶性扩展至非平衡态,通过构建有限温度流体动力学与规范理论的映射,揭示涡旋迁移限制并计算声速修正及组分间关联。
2025-10-08 cond-mat.quant-gas hep-th
Spontaneous formation of time-periodic vortex cluster in nonlinear fluids of light
我们证明了自发形成的非线性涡团簇态的微腔激子极化激元凝聚体的时间周期符号翻转的拓扑电荷在GHz的规模。当用环形非共振激光光泵浦时,被捕获的凝聚体经历复杂的高阶模竞争并断裂成两个不同的陷阱能级。由此产生的模式干涉导致强大的凝聚密度拍定期出现有序排列的相位奇点。我们的工作开辟了新的视角,创造结构自由演变的光,和奇异光学在强光物质耦合制度。
2022-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Emergent Non-Eulerian Hydrodynamics of Quantum Vortices in Two Dimensions
我们开发了一个粗粒度的描述点涡模型,发现大量的平面涡和反涡的行为作为一个无粘非欧拉流体在大尺度。出射的二元涡旋流体受到欧拉方程中不存在的异常应力的影响,这是由量子涡旋的奇异性引起的。二元涡旋流体是可压缩的,并且具有不对称的柯西应力张量,允许轨道角动量与涡量和涡旋密度交换。异常应力驱动的涡旋剪切流的解析解与点涡模型的数值模拟非常一致。
2017-10-31 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
A new self-consistent approach of quantum turbulence in superfluid helium
本文提出了描述有限温度超流体动力学的完全耦合局部超流体湍流模型(FOUCAl)。超流部分用涡丝法描述,而正常流体用修正的纳维-斯托克斯方程描述。超流涡线和正常流体分量通过摩擦力以自洽的方式完全耦合,摩擦力在涡线附近的正常流体中引起局部扰动。这项工作的主要重点是分配的摩擦力的网格点的正常流体的定义和评估的速度的正常流体的拉格朗日离散点沿涡线的数值方案。特别是,我们表明,如果这个数值方案是不够仔细,虚假的结果可能会发生。我们提出的克服这些困难的新方案是以物理原理为基础的。最后,我们将新方法应用于超流涡环在静止正常流体和湍流正常流体中的运动问题。
2020-03-09 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Topological constraints on the dynamics of vortex formation in a two-dimensional quantum fluid
本文结合实验与理论研究非线性介质中激光束的量子涡旋形成,揭示受拓扑约束的两种涡旋—反涡旋对机制,并指出其共同对应 fold-Hopf 分岔。
2024-01-19 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.optics
Dissipation anomaly in a turbulent quantum fluid
当湍流强度增加时(通过增加雷诺数,例如通过降低流体的粘度),动能的耗散率降低,但不会渐近地趋于零:随着越来越小的涡流结构的产生,它逐渐趋于非零常数。这个基本性质,称为耗散反常,有时也被称为湍流第零定律。在液氦的背景下,在粘度消失的极限(在经典流体中纯粹是假设的)会发生什么的问题获得了特殊的物理意义,液氦是一种量子流体,在实验室可实现的低温下变得有效无粘性。通过进行数值模拟和识别超流雷诺数,在这里,我们显示了一个超流模拟的经典耗散异常的证据。我们的数值计算确实表明,随着超流雷诺数的增加,越来越小的结构上产生的量子涡线上的超流涡被限制,平衡的效果越来越弱的耗散。
2023-03-07 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
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
Dynamics of Onsager vortex clustering in decaying turbulent polariton quantum fluids
本研究通过数值模拟揭示了脉冲激发后极化激元量子流体中 Onsager 涡旋聚类的弛豫动力学,对比保守与非保守系统阐明了聚类对特征长度和时间尺度的依赖,并数值表征了观测 Onsager 凝聚的最佳条件及其实验可达性。
2024-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Antiferromagnetic Ising model in a triangular vortex lattice of quantum fluids of light
基于exciton-polariton凝聚体的光量子流体构建三角涡旋晶格,发现涡旋轨道角动量自发反平行排列形成人工反铁磁性,其图案与反铁磁Ising系统低能解相关,为可控有序涡旋阵列提供新途径。
2024-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Collective Dynamics of Vortex Clusters in Compact Fluid Domains: From Pair Interactions to a Quadrupole Description
Birla Institute of Technology and Science, Pilani(比拉理工学院);Indian Institute of Technology Kharagpur(印度理工学院卡拉格普尔分校)
研究涡旋簇在紧凑流体域中的集体动力学,通过分析模型揭示了四极矩描述及其对旋转速率和集群呼吸的影响。
2026-06-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.soft math-ph
Multiply quantized vortex spectroscopy in a quantum fluid of light
研究通过光量子流体中的驱动耗散机制实现稳定的多重带电涡旋,并观测到核心负能模与大半径正能模的共存现象,揭示了量子流体中涡旋的普遍特征及天体旋转体的关联。
2025-11-26 cond-mat.quant-gas gr-qc quant-ph
Vectorizing Quantum Turbulence Vortex-Core Lines for Real-Time Visualization
涡核线的矢量化是高质量湍流可视化和分析的关键。虽然文献中存在几种技术,但它们只能应用于经典流体。近年来,具有湍流的量子流体在物理学中受到越来越多的关注。因此,对于量子流体,也可以很好地提取和可视化涡核线是期望的。本文针对这一目标,提出了一种有效的量子流体涡核线矢量化方法,实现了高分辨率量子湍流结构的实时的【形】可视化。给定模拟数据集,我们的技术是从基于环流的方法识别出的旋涡发展而来的。为了矢量化这些涡所包围的涡核线,我们提出了一种新的基于图的数据结构,迭代图简化和密度引导的局部优化,以更精确地定位亚网格尺度的涡核线样本,然后矢量化的连续曲线。这不仅连续地表示涡核线结构,而且自然地保留复杂的拓扑结构,例如重联期间的分支。通过矢量化,内存消耗可以大大减少几个数量级,从而实现实时的【形】渲染性能。不同类型的交互式可视化展示了我们的技术的有效性,这可能有助于进一步研究量子湍流。
2019-11-27 cond-mat.quant-gas cs.GR hep-ph
Experimental and theoretical evidence of universality in superfluid vortex reconnections
本研究结合超流氦实验与耦合涡旋线—正常流体动力学模型,证明涡旋重连前后标度律前置因子的不对称性具有跨体系普适性,并揭示重连向正常流体突发注能的湍流意义。
2025-07-25 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con