超流体氦-3具有许多显著的特性。由于质量小，原子体积小，它保持液态，当它转变成超流体状态，无阻力地流动时，它会下降到绝对零度，即零下459.67华氏度。它是一个纯粹的系统，没有任何无序。它充满了惊喜。
一个由科内尔领导的研究小组开始研究超流体的热传导，结果却发现了一系列意想不到的现象，这些现象再次证实了这种物质的动态性和非常规。
该小组的论文《氦-3在强限制通道中的热传输》于9月24日发表在《自然通讯》杂志上。
这个项目是由Jeevak Parpia领导的，他是艺术和科学学院的物理学教授，77年硕士，79年博士，和他在康奈尔大学的研究小组，以及伦敦大学皇家霍洛威学院的物理学教授John Saunders。
理论支持是由物理学教授埃里希·穆勒和德国瓦尔特·迈斯纳研究所的迪特里希·埃因泽尔提供的。该论文的第一作者是前博士后研究员德梅特罗·洛蒂尼克。
氦-3是一种稀有的同位素，由两个质子和一个中子组成。它的超流体状态是由康奈尔大学的物理学家David M. Lee, Robert C. Richardson和Douglas Osheroff在1972年首次发现的。这一发现是低温物理学的一项突破，并为研究人员赢得了1996年诺贝尔物理学奖。
几十年来，Parpia一直在探索氦-3的超流体;近年来，他专注于在微制造设备中限制氦-3产生的效应。通过将液体限制在一个狭窄的空间中，并将其冷却到2米力克文氏度(约零下459华氏度)，与表面材料的密切接触导致超流体的薄层表现出与在大容器中不同的行为。
“当我们限制氦时，我们发现了令人惊讶的效应，”Parpia说。热导率是系统的一个非常普通的特性，但是氦-3的热导率已经40多年没有被测量了。从某种意义上说，这有点难以衡量。应该在限制中表现出来的新阶段可能会导致各种奇异的迁移。”
研究人员与康奈尔大学纳米科学技术设施(CNF)合作，制造了一个高1.1微米，宽3微米的硅器件，用100微米长的通道分隔两个腔室，所有腔室都盖上一个抛光的玻璃盖。他们将氦-3注入管道，并计划测量热阻——本质上是为更深入的研究做一次演练，以检验材料的理论预测现象。这些包括沿设备边缘的热量流动，以及在纵向施加温度变化的方式，也可能在系统中产生横向变化。
帕皮亚说:“我们想在这项测量上迈出第一步。”“所以这个实验或多或少是一个热身。”
然而，当研究人员在设备的一端施加热脉冲，增加超流体中的能量流动时，他们在另一端几乎立即检测到响应。这是因为特殊的激发态，类似于在氦-3中发现的准粒子，从超流体的表面脱离，在没有与普通激发态相互作用或将其能量扩散到液体的情况下穿过了整个通道。
“我认为令人惊讶的是，这些刺激可以传播这么远的距离而不死亡或被消灭，”帕皮亚说。这是最令人惊讶的事情之一。这是不应该发生的。它们太奇异了，别的东西都认不出来。
“最后，”他说，“这确实是一个令人吃惊的确认，即这些刺激中有一些非常有趣的东西。”
帕皮亚和他的合作者假设，氦-3的流动和由此产生的压缩剥离了这些激磁，并将它们带入温度计，在那里它们储存能量。
研究人员现在计划制造一种可以更精确地测量超流体局部温度的装置。
“理想情况下，我们希望有比现在灵敏1000倍的技术来观察所有的现象，”Parpia说。“我们需要制造更小的设备来进行这种感知，而我们现在所做的是相当粗糙的。这基本上是一个非常宏观的测量。”
除了Mueller，合作者还包括前博士后研究员Anna Eyal和Abhilash Sebastian;Nik Zhelev，硕士13，博士16;迈克尔Terilli的19个;SUNY Geneseo学生John Wilson，他参加了康奈尔大学材料研究中心的本科生研究体验项目;以及研究支持专家Eric Smith。
这项研究得到了美国国家科学基金会的支持;英国工程和物理科学研究理事会;和CCMR，它是由NSF的材料研究科学和工程中心计划支持。
CNF是国家纳米技术协调基础设施网络的一部分，由国家科学基金会和帝国州发展公司支持。
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