Relaxation of superflow in a network: an application to the dislocation model of supersolidity of helium crystals

We have considered the dislocation network model for the supersolid state in He-4 crystals. In difference with uniform 2D and 3D systems, the temperature of superfluid transition T_c in the network is much smaller than the degeneracy temperature T_d. It is shown that a crossover into a quasi superfluid state occurs in the temperature interval between T_c and T_d. Below the crossover temperature the time of decay of the flow increases exponentially under decrease of the temperature. The crossover has a continuous character and the crossover temperature does not depend on the density of dislocations.Comment: Corrected typo

Quenched Dislocation Enhanced Supersolid Ordering

I show using Landau theory that quenched dislocations can facilitate the supersolid (SS) to normal solid (NS) transition, making it possible for the transition to occur even if it does not in a dislocation-free crystal. I make detailed predictions for the dependence of the SS to NS transition temperature T_c(L), superfluid density %\rho_S(T, L), and specific heat C(T,L) on temperature T and dislocation spacing L, all of which can be tested against experiments. The results should also be applicable to an enormous variety of other systems, including, e.g., ferromagnets.Comment: 5 pages, 2 figure

Non-dissipative drag of superflow in a two-component Bose gas

A microscopic theory of a non-dissipative drag in a two-component superfluid Bose gas is developed. The expression for the drag current in the system with the components of different atomic masses, densities and scattering lengths is derived. It is shown that the drag current is proportional to the square root of the gas parameter. The temperature dependence of the drag current is studied and it is shown that at temperature of order or smaller than the interaction energy the temperature reduction of the drag current is rather small. A possible way of measuring the drag factor is proposed. A toroidal system with the drag component confined in two half-ring wells separated by two Josephson barriers is considered. Under certain condition such a system can be treated as a Bose-Einstein counterpart of the Josephson charge qubit in an external magnetic field. It is shown that the measurement of the difference of number of atoms in two wells under a controlled evolution of the state of the qubit allows to determine the drag factor.Comment: 13 pages, 3 figures. This preprint is extended and substantially revised variant of related preprint cond-mat/040456

Review of geomechanical problems of accumulation and reduction of mining industry wastes, and ways of their solution

Purpose. The identification of geomechanical problems of mining industry wastes accumulation and substantiation of the ways for their solution with the possibility of processing the watery technogenic feedstock by fine classification with dewatering. Methods. To achieve this purpose, an integrated approach is used in this work, which includes the scientific and technical analysis of research according to wastes accumulation, state statistics data, analytical studies of the strata compaction ratio of aqueous rocks, affecting the subsidence of the earth surface. This also includes the bench experimental studies to establish the dependence of changes in moisture content and the extraction of fine classes in screened products depending on the screening time at shock-vibrating screening by a new method for separating the enrichment wastes before to stockpile them into a pond. Findings. The developed mathematical apparatus has been proposed for determining the parameters of geomechanical processes in technogenic massifs. It has been shown that in order to reduce the technogenic load and manifestation of negative geomechanical processes, it is necessary to reduce the area of land under the waste ponds and the accumulated volumes themselves of mining and enrichment wastes. The dependences have been established of the preliminary enrichment complex on the qualitative parameters of the feedstock and the technological parameters of the equipment. It has been revealed that the mineral stock, formed from wide grain-size classes with a high content of particles less than 0.2 mm, is dewatered up to 18 – 22% by traditional methods and is practically not classified. Originality. A mathematical model has been proposed of screening and dewatering kinetics, which takes into account comprehensively the initial distribution of particles and liquid throughout the height of the screened material layer, segregation, mixing, sifting, vibrational transportation features (rate, multiplicity and number of falls over the period of vibrational transportation) and change in the height of the layer. This model is different due to the account of the mutual influence of classification by coarseness and dewatering. Practical implications. The represented dependences can be used to predict the development of negative geomechanical processes. The obtained results make it possible by means of a calculation to determine rational parameters of the screen and screening process with dewatering at processing of various feedstock with the use of initial data. The use of technology, which includes a fine classification in wastes processing, will allow: increase the economic efficiency of enterprises; to expand the feedstock base for construction, coke and chemical industries and power industry; to solve the problems of creating additional containers for storing the wastes; to improve significantly the environmental situation in the mining and processing regions.Мета. Виділення геомеханічних проблем накопичення відходів гірничодобувної промисловості та обґрунтування шляхів їх вирішення з можливістю переробки обводненої техногенної сировини шляхом тонкої класифікації зі зневодненням. Методика. Для досягнення поставленої мети в роботі використано комплексний підхід, що включає науково-технічний аналіз досліджень щодо накопичення відходів, даних державної статистики, аналітичні дослідження величини ущільнення пластів водомістких порід, що впливає на просідання поверхні, а також стендові експериментальні дослідження зі встановлення залежності зміни вологості й вилучення тонких класів у продуктах грохочення залежно від його тривалості при віброударному грохоченні новим способом для розділення відходів збагачення перед їх складуванням у накопичувач. Результати. Запропоновано розроблений математичний апарат щодо визначення параметрів геомеханічних процесів у техногенних масивах. Показано, що для зменшення техногенного навантаження та проявів негативних геомеханічних процесів необхідно скоротити площу земель під накопичувачами відходів та обсяги самих накопичуваних відходів видобутку і збагачення. Встановлено залежності комплексу попереднього збагачення від якісних параметрів вихідної сировини та технологічних параметрів обладнання. Виявлено, що мінеральна сировина, сформована з широких класів крупності з великим вмістом частинок менше 0.2 мм, традиційними способами зневоднюється до 18 – 22% і практично не класифікується. Наукова новизна. Запропоновано математичну модель кінетики грохочення і зневоднення, що комплексно враховує початковий розподіл часток і рідини за висотою шару матеріалу, що грохочеться, сегрегацію, перемішування, просіювання, особливості вібротранспортування (швидкість, кратність і кількість падінь за період вібротранспортування) та зміну висоти шару, що відрізняється урахуванням взаємного впливу класифікації за крупністю й зневоднення. Практична значимість. Наведені залежності можуть бути використані для прогнозування розвитку негативних геомеханічних процесів. Застосування технології, що включає тонку класифікацію, при переробці відходів дозволить підвищити економічну ефективність підприємств; розширити сировинну базу для будівельних, коксохімічних виробництв і енергетики; вирішити проблеми створення додаткових ємностей для складування відходів; значно поліпшити екологічний стан у видобувних і переробних регіонах.Цель. Выделение геомеханических проблем накопления отходов горнодобывающей промышленности и обоснование путей их решения с возможностью переработки обводненного техногенного сырья путем тонкой классификации с обезвоживанием. Методика. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный подход, включающий научно-технический анализ исследований по накоплению отходов, данных государственной статистики, аналитические исследования величины уплотнения пластов водосодержащих пород, влияющей на проседание поверхности, а также стендовые экспериментальные исследования по установлению зависимости изменения влажности и извлечения тонких классов в продуктах грохочения в зависимости от его продолжительности при виброударном грохочении новым способом для разделения отходов обогащения перед их складированием в накопитель. Результаты. Предложен разработанный математический аппарат по определению параметров геомеханических процессов в техногенных массивах. Показано, что для уменьшения техногенной нагрузки и проявления негативных геомеханических процессов необходимо сократить площадь земель под накопителями отходов и объемы самих накапливаемых отходов добычи и обогащения. Установлены зависимости комплекса предобогащения от качественных параметров исходного сырья и технологических параметров оборудования. Выявлено, что минеральное сырье, сформированное из широких классов крупности с большим содержанием частиц менее 0.2 мм, традиционными способами обезвоживается до 18 – 22% и практически не классифицируется. Научная новизна. Предложена математическая модель кинетики грохочения и обезвоживания комплексно учитывающая начальные распределения частиц и жидкости по высоте слоя грохотимого материала, сегрегацию, перемешивание, просеивание, особенности вибротранспортирования (скорость, кратность и количество падений за период вибротранспортирования) и изменение высоты слоя, отличающаяся учетом взаимного влияния классификации по крупности и обезвоживания. Практическая значимость. Приведенные зависимости могут быть использованы для прогнозирования развития негативных геомеханических процессов. Применение технологии, включающей тонкую классификацию, при переработке отходов позволит повысить экономическую эффективность предприятий; расширить сырьевую базу для строительных, коксохимических производств и энергетики; решить проблемы создания дополнительных емкостей для складирования отходов; значительно улучшить экологическую обстановку в добывающих и перерабатывающих регионах.The authors express particular gratitude to the management and employees of PJSC “United Mining Chemical Company”, Vilnohirsk Mining Metallurgic Integrated Plant, branch of TSOF Pavlohradska, DTEK Pavlohradvuhilia PJSC for providing the factual materials (enrichment wastes) to conduct research under laboratory conditions

Drag of superfluid current in bilayer Bose systems

An effect of nondissipative drag of a superfluid flow in a system of two Bose gases confined in two parallel quasi two-dimensional traps is studied. Using an approach based on introduction of density and phase operators we compute the drag current at zero and finite temperatures for arbitrary ratio of densities of the particles in the adjacent layers. We demonstrate that in a system of two ring-shape traps the "drag force" influences on the drag trap in the same way as an external magnetic flux influences on a superconducting ring. It allows to use the drag effect to control persistent current states in superfluids and opens a possibility for implementing a Bose analog of the superconducting Josephson flux qubit.Comment: 12 pages, 2 figures, new section is added, refs are adde

Dislocation-induced superfluidity in a model supersolid

Motivated by recent experiments on the supersolid behavior of $^4$He, we study the effect of an edge dislocation in promoting superfluidity in a Bose crystal. Using Landau theory, we couple the elastic strain field of the dislocation to the superfluid density, and use a linear analysis to show that superfluidity nucleates on the dislocation before occurring in the bulk of the solid. Moving beyond the linear analysis, we develop a systematic perturbation theory in the weakly nonlinear regime, and use this method to integrate out transverse degrees of freedom and derive a one-dimensional Landau equation for the superfluid order parameter. We then extend our analysis to a network of dislocation lines, and derive an XY model for the dislocation network by integrating over fluctuations in the order parameter. Our results show that the ordering temperature for the network has a sensitive dependence on the dislocation density, consistent with numerous experiments that find a clear connection between the sample quality and the supersolid response.Comment: 10 pages, 6 figure

Stochastic differential equation involving Wiener process and fractional Brownian motion with Hurst index H>1/2H> 1/2

We consider a mixed stochastic differential equation driven by possibly dependent fractional Brownian motion and Brownian motion. Under mild regularity assumptions on the coefficients, it is proved that the equation has a unique solution

Superfluidity of electron-hole pairs in randomly inhomogeneous bilayer systems

In bilayer systems electron-hole (e-h) pairs with spatially separated components (i.e., with electrons in one layer and holes in the other) can be condensed to a superfluid state when the temperature is lowered. This article deals with the influence of randomly distributed inhomogeneities on the superfluid properties of such bilayer systems in a strong perpendicular magnetic field. Ionized impurities and roughenings of the conducting layers are shown to decrease the superfluid current density of the e-h pairs. When the interlayer distance is smaller than or close to the magnetic length, the fluctuations of the interlayer distance considerably reduce the superfluid transition temperature.Comment: 13 pages, 3 figure