Following vortices around When stirred, superfluids react by creating quantized vortices. Studying the dynamics of these vortices, especially in the strongly interacting regime, is technically challenging. Sachkou et al. developed a technique for the nondestructive tracking of vortices in thin films of superfluid helium-4. Their system contained a microtoroid optical cavity coated by a thin film of helium-4, in which vortices were created by using laser light. When imaging the subsequent dynamics of the vortices, the researchers found that coherent dynamics strongly dominated over dissipation. Science, this issue p. 1480 Nondestructive tracking of vortices in thin films of superfluid helium-4 finds that coherent dynamics dominate over dissipation. Quantized vortices are fundamental to the two-dimensional dynamics of superfluids, from quantum turbulence to phase transitions. However, surface effects have prevented direct observations of coherent two-dimensional vortex dynamics in strongly interacting systems. Here, we overcome this challenge by confining a thin film of superfluid helium at microscale on the atomically smooth surface of a silicon chip. An on-chip optical microcavity allows laser initiation of clusters of quasi–two-dimensional vortices and nondestructive observation of their decay in a single shot. Coherent dynamics dominate, with thermal vortex diffusion suppressed by five orders of magnitude. This establishes an on-chip platform with which to study emergent phenomena in strongly interacting superfluids and to develop quantum technologies such as precision inertial sensors.

中文翻译：

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硅芯片上强相互作用超流体中的相干涡流动力学

跟随涡流 当被搅拌时，超流体通过产生量子化涡流来反应。研究这些涡旋的动力学，特别是在强相互作用的机制中，在技术上具有挑战性。Sachkou 等人。开发了一种对超流氦 4 薄膜中的涡流进行无损跟踪的技术。他们的系统包含一个涂有氦 4 薄膜的微型环形光学腔，其中使用激光产生涡流。在对涡旋的后续动力学进行成像时，研究人员发现相干动力学在很大程度上支配了耗散。科学，这个问题 p。1480 超流氦 4 薄膜中涡流的无损跟踪发现相干动力学在耗散方面占主导地位。量化涡流是超流体二维动力学的基础，从量子湍流到相变。然而，表面效应阻止了对强相互作用系统中相干二维涡流动力学的直接观察。在这里，我们通过在硅芯片的原子级光滑表面上限制微米级超流氦薄膜来克服这一挑战。片上光学微腔允许激光引发准二维涡旋簇，并在一次发射中无损观察它们的衰减。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。表面效应阻止了对强相互作用系统中相干二维涡流动力学的直接观察。在这里，我们通过在硅芯片的原子级光滑表面上限制微米级超流氦薄膜来克服这一挑战。片上光学微腔允许激光引发准二维涡旋簇，并在一次发射中无损观察它们的衰减。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。表面效应阻止了对强相互作用系统中相干二维涡流动力学的直接观察。在这里，我们通过在硅芯片的原子级光滑表面上限制微米级超流氦薄膜来克服这一挑战。片上光学微腔允许激光引发准二维涡旋簇，并在一次发射中无损观察它们的衰减。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。我们通过在硅芯片的原子级光滑表面上限制微米级超流氦薄膜来克服这一挑战。片上光学微腔允许激光引发准二维涡旋簇，并在一次发射中无损观察它们的衰减。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。我们通过在硅芯片的原子级光滑表面上限制微米级超流氦薄膜来克服这一挑战。片上光学微腔允许激光引发准二维涡旋簇，并在一次发射中无损观察它们的衰减。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。相干动力学占主导地位，热涡流扩散抑制了五个数量级。这建立了一个片上平台，用于研究强相互作用超流体中的新兴现象并开发诸如精密惯性传感器之类的量子技术。