Dynamics of Quantum Vortex in Superfluid and Superconductor

超流体和超导体中的量子涡动力学

• 批准号: 18540387
• 负责人: SASA Narimasa
• 金额: $ 2.4万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18540387/
• 关键词: superfluid turbulence; vortex; kolmogorov; Gross-Pitaevskii; self-similarity; 自己相似構造; 量子過糸; 原子・分子物理; 物性理論; 計算物理

Aim of this research is to study dynamics of vortex and its statistical law in superfluid and superconductor. We numerically integrate the 3-D time-dependent Gross-Pitaevskii equation in order to examine how superfluid turbulent state dynamically changes from initial conditions fully complicated. The energy spectrum of the superfluid turbulence is studied numerically by change the system size from 256^3 to 2048^3. We confirm that the Kolmogorov's 5/3 low is valid in the system and the inertial range become wide with changing the system size. However, we find that the bottleneck effect of quantized vortex prevent the smooth energy cascade transferring from large scale to small one. A bump figure appears in the energy spectrum. We also find that the tangle state of quantized vortex make large scale self-similarity structure like a classical turbulence.

本研究的目的是研究超流和超导体中涡旋的动力学及其统计规律。我们对三维含时Gross-Pitaevskii方程进行数值积分，以考察超流湍流状态如何从完全复杂的初始条件动态变化。通过改变系统尺寸从256^3到2048^3，数值研究了超流体湍流的能谱，证实了柯尔莫戈洛夫5/3定律在该系统中是有效的，并且惯性范围随系统尺寸的变化而变宽。然而，我们发现量子化涡旋的瓶颈效应阻碍了光滑的能量级联从大尺度向小尺度的转移。能量谱中会出现一个凹凸图形。我们还发现，量子化涡旋的纠缠态使大尺度的自相似结构类似于经典的湍流。

项目成果

Anisotropic superconductors in nano-structures

纳米结构中的各向异性超导体

• 发表时间: 2007
• 期刊: Physica C 463-465
• 作者: M.Kato;T.Koyama;M.Machida;T.Ishida
• 通讯作者: T.Ishida

Generation of turbulence by oscillating structures in superfluid helium at very low temperatures

• DOI: 10.1103/physrevb.75.064502
• 发表时间: 2006-10
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: R. Hänninen;M. Tsubota;W. Vinen

超流動乱流状態における大規模自己相似構造

超流体湍流中的大尺度自相似结构

• 发表时间: 2008
• 作者: T.Kawaguchi;H.Matsukawa;首藤 啓(分担執筆);佐々 成正;佐々成正
• 通讯作者: 佐々成正

非線形シュレーディンガー方程式の記述する大規模乱流構造

非线性薛定谔方程描述的大尺度湍流结构

• 发表时间: 2007
• 作者: T.Kawaguchi;H.Matsukawa;首藤 啓(分担執筆);佐々 成正;佐々成正;川口高明・松川宏;佐々 成正;佐々成正;佐々成正;松川宏;佐々成正
• 通讯作者: 佐々成正

Quantum Correction to the Discrete Breather in Capacitively-Coupled Intrinsic Josephson Junctions

对电容耦合本征约瑟夫森结中分立呼吸器的量子校正

• 发表时间: 2007
• 期刊: Physica C 460
• 作者: 吉井涼輔;江藤幹雄;T. Koyama and M. Machida
• 通讯作者: T. Koyama and M. Machida