Fysici creëren supervloeibare materie

Een groep Amerikaanse wetenschappers van het Massachussetts Institute of Technology (MIT) heeft een nieuw supervloeibaar gas gecreëerd. Supervloeibaarheid is een toestand waarin materie geen enkele viscositeit kent, hetgeen betekent dat ze, in een gesloten systeem, wrijvingsloos rond kan stromen. Voor het onderzoek, dat deze maand in Nature gepubliceerd zal worden, maakte het team gebruik van lithium-6 isotopen, die op een temperatuur werden gebracht van 50 miljardste graad boven het absolute nulpunt (0 Kelvin). Hoewel dit overeenkomt met ongeveer 273 graden Celsius onder nul, is dit volgens het onderzoeksteam verreweg de hoogste temperatuur waarbij supervloeibaarheid is waargenomen.

Volgens het team kan de materie dan ook dienen om in een relatief makkelijk beheersbaar model lang bestaande vragen te beantwoorden over veel dichtere materie, zoals supergeleiders. Waar supervloeibare materie geen viscositeit heeft, heeft een supergeleider geen weerstand voor het geleiden van elektronen. Deze eigenschap maakt een supergeleider uitermate interessant voor toepassing in bijvoorbeeld magneten, sensoren en computercircuits.

Reacties (61)

Warmte is energie. Hoe warmer het is hoe meer (overbodige) energie atomen hebben waardoor ze harder trillen. Hoe lager de temperatuur hoe minder energie ze hebben waardoor ze minder trillen. Bij 0 kelvin staan atomen theoretisch stil (practisch is 0 kelvin onbereikbaar). Als deze elektronen stil staan is de kans groter dat een elektron een succesvolle jump maakt van het ene atoom naar het andere waardoor de geleiding dus supergoed is. Dit is ook een van de redenen dat overclockers met LN2 en dergelijke zulke goede resultaten behalen omdat chips op lagere temperatuur veel efficienter zijn

Ik denk dat de wrijving bij het expiriment wel aanwezig is maar verwaarloosbaar klein (immers zou de wrijving bij 0 kelvin pas geheel weg zijn)

Sterker nog, elke halvering van de absolute temperatuur verdubbelt de theoretische kloksnelheid(en vermogen )

Dit is ook een van de redenen dat overclockers met LN2 en dergelijke zulke goede resultaten behalen omdat chips op lagere temperatuur veel efficienter zijn
Nou, dat is iets te algemeen gesteld. Als je een chip met vloeibaar helium naar 4.2K zou koelen, dan maak ik me sterk dat hij dan niet meer werkt. Een transistor werkt niet zomaar bij iedere temperatuur, omdat je voldoende vrije ladingsdragers nodig hebt en dat aantal gaat bij zulke lage temperaturen fors achteruit. Dat het op LN2 temperaturen nog werkt is toeval; de chips zijn in principe niet gedimensioneerd om bij die temperatuur nog te functioneren.

Sterker nog, bijna alle 90nm CPU's hebben last van cold bugs waardoor ze op temps onder de -40 t/m -60 moeilijk doen en onder de -90 gewoon nooit draaien.

Warmte is energie. Hoe warmer het is hoe meer (overbodige) energie atomen hebben waardoor ze harder trillen. Hoe lager de temperatuur hoe minder energie ze hebben waardoor ze minder trillen.
Nou, niet helemaal. Atomen bewegen zich met een bepaalde snelheid en die snelheid is rechtstreekts gekoppeld aan hun temperatuur. Ik vind het daarom wat vreemd om over 'overbodige' energie te praten: er is namelijk niets overbodigs aan. Maar daarna is de redenering juist: lagere temperatuur betekent automatisch lagere snelheid en omgekeerd. Tot je op een gegeven moment zo'n lage snelheid bereikt dat quantummechanische effecten---in dit geval het onzekerheidspricpe---een rol gaan spelen en de plaats van het atoom begint te 'vervagen'.

Bij 0 kelvin staan atomen theoretisch stil (practisch is 0 kelvin onbereikbaar).
Nee: atomen blijven ook bij 0 K bewegen want ze hebben nog een bepaalde nulpuntsenergie, nog een quantummechanisch effect. Je kunt overigens wel temperaturen bereiken onder 0 K. Dat klinkt erg bizar, maar zoals beschreven op deze pagina (http://tinyurl.com/8mym) is het echt mogelijk .

Als deze elektronen stil staan is de kans groter dat een elektron een succesvolle jump maakt van het ene atoom naar het andere waardoor de geleiding dus supergoed is. Dit is ook een van de redenen dat overclockers met LN2 en dergelijke zulke goede resultaten behalen omdat chips op lagere temperatuur veel efficienter zijn.
Nee, vloeibare stikstof heeft geen invloed op wrijvingsverliezen bij standaard transistoren. Of, beter gezegd, als dat effect er is, valt het in het niet bij de werkelijke reden van het koelende vermogen: het is namelijk gruwelijk koud en is ook nog eens een kokende vloeistof. Koken betekent een faseovergang die met een enorme sprong in energieinhoud (officiëel de 'delta-H-vap' oftewel verdampingsenthalpie) van dat medium gepaard gaat. Dubbel, maar heel erg klassiek effect dus.

Als ik het goed heb hebben ze een soort peltier effect gebruikt om de temperatuur zo laag te krijgen en daarna er een laser op laten schijnen om de elektronen synchroon te laten zwemmen.
Waardoor de elektronen van de verschillende atomen niet met mekaar botsen .
Waarmee de wrijving wordt opgeheven.
Waardoor ook de stof supervloeibaar wordt.

Dit zou dan bij die lage temperatuur gedaan moeten worden omdat iets wat langzaam beweegt makkelijker in een specifieke richting gezet kan worden.

Maar dont quote me on this.

ik quote wel

ze krijgen zoiets als dit maar enkele miliseconden op deze temperatuur. en dit is bijzonder duur.

maar dit is al best oud, halogeen kan je ook zo krijgen. als je halogeen maar sterk genoeg koelt (behoorlijk sterk, dus niet -60 maar zet er een 2 voor) dan kan je het in een glas gieten, en zonder dat hij vol is loopt het alweer leeg meestal is het dan wel weer verdampt maar hoeft niet per se.

(ik dacht dat het halogeen was, denk het wel maar niet 100% zeker)

Volgen mij bedoel je helium, dat word bij temperaturen onder de 2,174 Kelvin supervloeibaar

Dat klopt ja. Het nieuwe aan het superfluide karakter van Lithium-6 is dat Lithium-6 een fermion is, terwijl Helium-4 een boson is. Maar zelfs dit is niet echt nieuw, aangezien Helium-3 ook een fermion is en ook een superfluide karakter vertoont bij 2.5 mK.

Hmm,

tijdens m'n natuurkunde studie al gewerkt met Helium in superfluide vorm & supergeleidende magneten. Inderdaad heel appart dat zaken als kookbellen plotseling verdwijnen door perfecte warmtegeleiding. Ook haarscheurtjes worden plotseling toegankelijk door ontbreken van viscositeit...

Maar goed te horen dat het nu ook bij andere stoffen mogelijk is. Doet het hart van een natuurkundige sneller kloppen.

Btw om overklokkers teleur te stellen, voor rond 1 Kelvin heb je apparatuur nodig die echt niet in een pc kast past (en in mijn tijd duurde het bereiken van 1 Kelvin al echt vele malen lang dan een gamer lief is).

Door de geproduceerde warmte van het proces en de diffusie zou je dat ook nooit bereiken

En toch vind ik raar staan: vloeibaar gas. Maar goed.
Jammer dat ze niet het absolute nulpunt halen, daarvoor zitten de wetten van de thermodynamica in de weg. Ik ben eigenlijk wel benieuwd hoeveel energie nodig is om zo'n supervloeibare toestand te realiseren.

Dan zal de entropie maximaal moeten zijn, waarmee enige potentiele vorm van energieoverdracht exact 0 nul is. Sommige wetenschappers geloven dat dit het doomscenario van het heelal is.

Een vloeistof of gas kan niet meer bewegen in deze toestand of er is weer energie en ligt de temperatuur boven 0 Kelvin

doEmscenario

dus jij speelt ook kweek i.p.v. quake ?

3e HOOFDWET van de thermodynamica: De entropieVERANDERING bij fysische of chemische omzettingen tussen kristallijne, zuivere stoffen bij het absolute nulpunt is gelijk aan nul.
.... en dus zeker niet maximaal.

In navolging van Max Planck is de entropie van een perfect zuiver kristallijne stof gelijk aan nul (bij 0 K).
...en dus alweer niet maximaal.

Stel dat een vloeistof wrijvingsloos rond kan stromen in een gesloten circuit. Als je het dan in een glazen bol doet (vacuum en superkoud), je schud de bol en legt hem neer, dan zou het dus voor altijd blijven klotsen?
Of begrijp ik gewoon het hele bericht verkeerd?

Komt er in een notedop wel op neer, omdat het geen last van weerstand heeft.

edit: tenminste dat denk ik

Vergeet de zwaartekracht niet..

Is dit een indirecte onderzoek naar supergeleiding?
Ze kunnen supergeleiding al verkrijgen bij 139 Kelvin. En halfgeleiders kunnen schakelen...
Doet me denken aan vloeistof chips
http://www.trnmag.com/Stories/2004/100604/Fluid_chip_does_binary_logic _100604.html

Je ken wel vloeibaar hout bij de lokale doe-het-zelf halen dus zo bijzonder is het niet

De temperatuur op een 50 miljardste graad boven het absolute nulpunt te houden is feitelijk onmogelijk. Dus ik zie het in de toekomst niet echt voorkomen in de desktop.

supervloeibare stoffen hebben dan ook geen nut in een pc, supergeleiders wel, en die bestaan al bij veeel hogere temperaturen(relatief gezien ) Daar supergeleiders geen weerstand heben, hoef je je ook niet druk te maken om de warmte afvoer...

Dat is niet helemaal juist, supergeleiders moeten blijvend gekoeld worden met bijvoorbeeld vloeibaar helium of vloeibaar stikstof. Het cryogene systeem kost wel wat energie, waarbij dus ook warmte gedissipeerd wordt.

Echter is het nauwelijks een probleem, omdat de warmte die vrijkomt heel gemakkelijk op andere plekken (ver weg van de computer ) afgegeven kan worden

Edit:

supervloeibaar gas

maar na die uitleg gelezen te hebben klinkt het als iets uit de ruimte. waar geen zwaartekracht en/of luchtdruk zich bevind, wat zo'n beetje verwijst naar een gas...

2 fases kan ook niet tegelijk!
vloeibaar en gas.
zeg maar, phase-change


@stefan
Leg uit aub?...
ik zit 1 jaartje op H4NT.
maar, ik zou niet weten wat kritische temp. inhoud.
misschien meer mensen niet?...

Al eens gehoord van kritische temperatuur
Er is een temperatuur waarbij je bij een stof niet meer het verschil kan zien tussen gas en vloeistof, maar dit zal zelden 0 Kelvin bedragen

Edit: Dat leer je niet op havo of vwo, maar je kan het teruglezen op http://en.wikipedia.org/wiki/Critical_temperature

Late edit, ik weet het, ik moest werken vandaag.

Edit2 @ groovyhot: En dat zegt een architect? Ik ben 4e jaars student scheikunde

als jij dat niet geleerd hebt op vwo mag jij nog wel eens wat jaartjes terug gaan...
kritische temperatuur is zo'n beetje een basisbegrip in de scheikunde, als je niet weet wat dat is kan ik me niet voorstellen dat jij ooit een diploma hebt gehaald...

Als een stof op de kritische temperatuur is is de dichtheid van het gas en de vloeistof dezelfde. Dan zie of merk je geen verschil tussen de twee.
Op school konden we gemakkelijk freyon-115 op de krititische temperatuur brengen (dacht dat het daarvoor ergens op de 80°C was) met waterdamp die rond de stof cirkelde. Ik meen te herinneren dat de druk in het doosje wel zo een 32 keer de atmosferische druk was.

Je kan zelfs drie fasen tegelijk.
Zoek maar eens op tripelpunt.

Ontopic
Een gas en een vloeistof verschillen natuurkundig gezien helemaal niet zo veel van elkaar.

Om mensen iets beter in te lichten over fasen (is meer dan overgangen in aggregatietoestand (vast, vloeibaar en gas)

Dit leer je ook niet op de middelbareschool
(thermo dynamica wordt niet gegeven op middelbarescholen)
http://nl.wikipedia.org/wiki/Faseovergang

Om mensen iets beter in te lichten over fasen (is meer dan overgangen in aggregatietoestand (vast, vloeibaar en gas)

Dit leer je ook niet op de middelbareschool
(thermo dynamica wordt niet gegeven op middelbarescholen)

Wij wel hoor! Vierde middelbaar = 15-16 jaar (ASO)

Zeg nooit nooit!
met gepolariseerd laserlicht kun je atomen en zelfs electronen behoorlijk afremmen (en als atomen bijna niet trillen, zijn ze behoorlijk koud!)

Een rooster atomen op gelijke afstand van elkaar, is relatief eenvoudig te beschijnen met een nauwkeurige laserstraal. Op die manier kun je zo'n plaatje al behoorlijk afkoelen.

Dus een verzameling van dergelijke plaatjes in een chip, die worden beschenen door laserlicht kunnen zorgen voor supergeleidingseffecten tussen de verschillende onderdelen.

Kom je dan niet in de knoop met de golflengte van dat licht? Grote atomen lukt misschien nog wel, maar kleintjes (waterstof bijv) volgens mij niet.

whaha alsof dit voor desktop pc's bedoeld is ?

't is wel weer een ontdekking/record hoe je het ook wil noemen, maar ik denk dat je't beter als iets opweg naar een "hoger" doel kan zien, want het is nogal een gedoe om iets zo koud te krijgen... en dat het dan pas bepaalde eigenschappen heeft.. tenminste als ik het goed gelezen heb.

Dat is heel vaak zo. Probeer maar eens suiker op te lossen in water (vloeibaar) van -1°C, probeer het daarna eens in water van 85°C. In beide gevallen is het water, maar in het tweede geval lost suiker veel makkelijker op. Zo is het logisch aan te nemen dat bepaalde eigenschappen van stoffen ook ten positieve veranderen als men dichter in de buurt komt van het absolute nulpunt.

Ze zijn volgens mij al aardig in de kamer temp. met supergeleiders.
Wel in kleinen hoeveelheden in een lab etc.

Maar ze komen er wel.

bijna 273 graden Celsius onder nul
Volgens mij is 0 Kelvin 273.15 graden Celsius onder nul. Dus een 50 miljardste boven 0 Kelvin is nog steeds ONDER -273 graden celsius, en niet bijna -273.

Maar dit is mierenneukerij.

Dit is een interessante ontwikkeling voor de natuurkundigen en scheikundigen onder ons, die hebben er straks weer een instrumentje bij .

@Arthur: ja hoor

-273,15*C is het laagst gehaald. (kan iets verschillen in decimalen)
en dat in nederland nog wel...

kelvin is volgens mij gewoon afgerond op 273*

Dat is NIET waar, 0 Kelvin is het absolute nulpunt, dit is namelijk simpelweg een afspraak. In graden Celsius uitgedrukt is dit nog ONDER -273 graden, dus ook 50 miljardste boven het absolute nulpunt is ONDER -273 graden Celsius. Dat was mijn punt.

Maar zoals gezegd, mierenneukerij

Edit: ey ties, ook op tweakers

Als iets afgesproken is wil dat niet zeggen dat het ook waar is,

Het is een definitie, niet zomaar een afspraak.

Als iets afgesproken is wil dat niet zeggen dat het ook waar is, zeker niet omdat mensen het simpelweg niet kunnen meten.

Kelvin is per definitie gesteld op het absolute nulpunt, zijnde 273.15 en nog wat decimalen. Stefan001 heeft het dus wel zeker aan het rechte eind.

En voor mij als scheikundige zeker zeer interessant

bij·na (bw.)
1 zó dat het weinig scheelt of iets bestaat of zich voltrekt

-273.1 is bijna -273.0, maar -272,9 is ook bijna -273.0

Of in Kelvin: 0 is bijna 0.15 Dit maakt écht verschil hoor!

Volgens jou is het verschil tussen 20 en 21 graden celsius groter dan het verschil tussen -273.1 en -273.0? Ik dacht het niet, reken het maar eens procentueel uit (omgerekend in Kelvin, want dat is de wetenschappelijke standaard).

Het hangt er vanaf met hoeveel decimalen je bezig bent, als je het hebt over 0.0045, dan is dat bijna 0.0050, maar het is ook bijna 0.0040.

14980123 is bijna 15000000, maar het is ook bijna 14980000, al zul je eerder zowat 14980000 gebruiken.

Volgens mij is 0 Kelvin 273.15 graden Celsius onder nul. Dus een 50 miljardste boven 0 Kelvin is nog steeds ONDER -273 graden celsius, en niet bijna -273

Jaja ik weet het. En ja, je hebt inderdaad absoluut gelijk. Ik heb het aangepast; nu wel tevreden?