غشاء فائق الميوعة

عند دراسة التحولات الطورية في الأغشية الرقيقة، وخاصة الهيليوم ، يُعدّ كلٌّ من نسبة الميوعة الفائقة والسعة الحرارية المؤشرين التجريبيين الرئيسيين . إذا أُجري أيٌّ من هذين القياسين على غشاء مائع فائق في وعاء مفتوح عادي، فإن إشارة الغشاء ستُطغى عليها إشارة الخلفية الصادرة من الوعاء. لذلك، عند دراسة الأغشية الميوعة الفائقة، من الأهمية بمكان دراسة نظام ذي مساحة سطحية كبيرة لتعزيز إشارة الغشاء. هناك عدة طرق لتحقيق ذلك. في الطريقة الأولى، يُلف شريط طويل رفيع من مادة مثل غشاء PET على شكل لفافة. والنتيجة هي غشاء مستوٍ طويل ومتصل. ^{[ 2 ]} أما الطريقة الثانية، فتتمثل في استخدام مادة عالية المسامية مثل الذهب المسامي أو Vycor أو Aerogel . ينتج عن ذلك غشاء متعدد الوصلات، حيث تشبه الركيزة الجبن السويسري بثقوبها المتصلة. ^{[ 3 ]} تتميز جميع هذه المواد المسامية بنسبة مساحة سطح إلى حجم عالية للغاية. أما الطريقة الثالثة فهي فصل لوحين مسطحين للغاية بواسطة فاصل رقيق، مما ينتج عنه مرة أخرى نسبة كبيرة بين مساحة السطح والحجم.

• 
  صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لذهب مسامي، مربع الشكل، طول ضلعه 10 ميكرومترات

يمكن قياس استجابة الفيلم لحالة الميوعة الفائقة باستخدام مذبذب التواء لقياس عزم القصور الذاتي لخلية تحتوي عليه. يتألف المذبذب من قضيب التواء تُثبّت عليه الخلية، بالإضافة إلى آلية لتذبذب الخلية بترددها الرنيني حول محور القضيب. ويرتبط ارتفاع التردد الرنيني بانخفاض عزم القصور الذاتي.

يفقد أي جزء من المائع الفائق في الغشاء لزوجته، وبالتالي لا يشارك في التذبذبات. وهذا يعني أنه لم يعد يساهم في عزم القصور الذاتي للخلية، وبالتالي يزداد تردد الرنين.

يتم تحقيق التذبذب عن طريق الاقتران السعوي مع زعنفة واحدة أو زوج من الزعانف، وذلك حسب التكوين. (يستخدم الترتيب الموضح في الرسم التخطيطي زعنفة واحدة، موضحة باللون الرمادي).

تم استخدام تصميم مبكر للمذبذب الالتوائي لأول مرة من قبل أندرونيكاشفيلي للكشف عن المائع الفائق في سائل ⁴ هيليوم، وتم تعديله لاحقًا بواسطة جون ريبي وزملاؤه في جامعة كورنيل في السبعينيات.

تذكر أن فترة الرنين للمذبذب الالتوائي هي${\displaystyle 2\pi {\sqrt {m/k}}}$لذا ، يؤدي خفض عزم القصور الذاتي إلى تقليل فترة الرنين للمذبذب. ومن خلال قياس انخفاض الفترة كدالة لدرجة الحرارة، والحمل الكلي للغشاء من قيمة الخلية الفارغة، يمكن استنتاج نسبة الغشاء الذي دخل حالة الميوعة الفائقة. ويُعرض في المرجع 2 مجموعة بيانات نموذجية توضح بوضوح انفصال الميوعة الفائقة في أغشية الهيليوم.

يبلغ تردد الرنين للمذبذب الالتوائي النموذجي حوالي 1000  هرتز، وهو ما يتوافق مع سرعة قصوى للركيزة تبلغ ميكرومترات في الثانية. وتُقدّر السرعة الحرجة لأغشية الهيليوم بحوالي 0.1  متر/ثانية. لذا، بالمقارنة مع السرعة الحرجة، يكون المذبذب شبه ساكن. ولدراسة النظريات المتعلقة بالجوانب الديناميكية لانتقالات الطور في الأغشية الرقيقة، يجب استخدام مذبذب بتردد أعلى بكثير. يوفر ميزان الكوارتز البلوري الدقيق أداةً كهذه بتردد رنين يبلغ حوالي 10 كيلوهرتز . وتتشابه مبادئ التشغيل إلى حد كبير مع مبادئ المذبذب الالتوائي. فعندما يُمتص الغشاء الرقيق على سطح البلورة، ينخفض ​​تردد رنين بلورة الكوارتز. ومع تبريد البلورة خلال انتقال الميوعة الفائقة، ينفصل الميوعة الفائقة ويزداد التردد. ^{[ 4 ]}