1tom - 0358.htm
420
ш
обладают пространственной (т. н. орбитальной) и магнитной анизотропией, т. с. являются одновременно жидкими кристаллами И упорядоченными маг-нсткками. Последнее позволяет применять для исследования сверхтекучих фаз методы ЯМР (маги, момент атомов 3Нс сосредоточен в ядрах). Динамика ядерных магн. моментов сверхтекучих фаз TI частоты продольного и поперечного ЯМР определяются ур-шш-ми Леггетта (Л. Leggett, 1974),
Структура куперовских пар в фазах А, В и Аг раз-пая, поэтому сверхтекучие, маги, и жидкокристаллич. свойства этих фаз различны.
Л-фаза 3Не обладает осью маги, анизотропии и осью орбитальной жидкокристаллич. анизотропии, характеризуемыми единичными векторами d и I. Векторы fl и I являются осями квантования соответственно спинового и орбитального моментов импульса купе-ровских пар. Проекция спина пары S на ось d равна нулю, т. е. спины пар равновероятно ориентированы в плоскости, перпендикулярной к d, так что ср. ядерный магн, момент у пары отсутствует и Л-фаза является жидким одноосным антиферромагнетиком. Магн. восприимчивость Л-фазы совпадает с магн. восприимчивостью нормального 3Не. Проекция орбитального момента пары Ь на ось I равна 1, т. е. орбитальные моменты всех пар направлены по {. Ку-перовские пары частично вовлекают во вращат. движение электроны атомов, в результате Л-фаза обладает небольшим электронным ферромаги. моментом (~ 10~и магнетонов Бора на атом}, направленным вдоль £, и является жидким ферромагнетиком.
Направления осей d и I произвольны, т. о. состояния Л-фазы вырождены по энергии относительно поворотов этих осей. Вырождение снимается внеш. магн. полем, ориентирующим d перпендикулярно полю; граничными условиями, ориентирующими I по нормали к границе; сверхтекучим потоком, ориентирующим I вдоль потока; слабым спин-орбиталъным взаимодействием, ориелтирующим I и d параллельно друг другу. Если ориентирующие взаимодействия конкурируют
I t t t
t t
t t
t t
f
Рис. 5, Текстуры в А-фазе "He: a ≈ текстура вблизи границы сосуда (магнитное поле перпендикулярно границе), (> ≈ топологически устойчивая текстура ≈ солитон; линии со стрелками ≈I -вектор, линии стрелок ≈ d-вектор.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t
|
t
|
t
|
t
|
t
|
/ '
|
1f **'
|
1
|
|
|
|
t
|
t
|
t
|
t
|
f
|
t '
|
if ~&-
|
-^
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
It It I/1'
It It I/ IX
It It I/ |X
It It It \f
14 IX IX It IX IV ╧ ix И
426
между собой, возникают текстуры: неоднородные и пространстве распределения полей 1(г] к d (r) [на рис. 5, я изображена текстура 1(г), возникающая в магн. поле, перпендикулярном границе; поло I изображено стрелками]. Плавное изменение поля I в текстуре обеспечивается макросконич. когерентностью, стремящейся сделать распределение однородным и приводящей к росту энергии при деформации поля. Текстуры могут существовать и в том случае, если они энергетически невыгодны, по по могут непрерывно исчезать в силу токологич. причин. На рис. 5, б изображена одна из таких текстур ≈ топологический со-литон, обнаруженный в Л-фазе в экспериментах с ЯМА*. В этой текстуре области параллельной и аити-параллелмюй ориентации векторов I и <∙/, соответствующих минимуму энергии снин-орбиталыгого взаимодействия, разделены областью неоднородного распределения I и d (областью соллтопа), где ориентация I относительно d меняется на противоположную. Сол итон приводит к дополнит, резонансному пику поглощения н ЯМР, возникающему из-за возбуждения локализованных на солитоне спиновых волн. Классификация всех возможных топологически устойчивых
структур в сверхтекучих фазах Л, В и Аг и др. упорядоченных средах осуществляется методами гомотопич, топологии.
Текстуры вектора I существенно влияют на сверхтекучие свойства А-фааы. Еслк поле I однородно, сверхтекучесть А -фазы описывается обобщ╦нной двух-жидкостной моделью Ландау, учитывающей орбитальную анизотропию. Сверхтекучие свойства оказываются анизотропными: плотность сверхтекучего компонента
является одноосным тензором р'ч ~ps^!fc≈p^lk (ро= = ps/2 при Т -*- Тс и р0-*0при Г-*-0); скорость четв╦ртого звука и затухание первого звука зависят от направления их распространения. Последнее позволяет исследовать текстуры вектора I по данным о затухании ультразвука в А -фазе в зависимости от направления его распространения.
В присутствии текстур сверхтекучие свойства А-фазы резко меняются: сверхтекучее течение переста╦т быть потенциальным, циркуляция сверхтекучей скорости по замкнутому контуру (о) vsdr] в текстуре не
квантуется и зависит от выбора контура интегрирования [Н. Д. Мермин (N. D. Mermin), Т. Л. Хо {Т. L. Но), 1977]. Это приводит, во-первых, к существованию вихрей с непрерывно распределенной завихренностью {rot t^), к-рый тем не менее отличаются от вихрей в нормальной жидкости своей топологич. устойчивостью. Эти вихри были обнаружены методом ЯМР во вращающемся сосуде по дополнит, пику поглощения. Во-вторых, в отличие от Не 11, макроскоиич. поток сверхтекучего компонента при течении по каналу (трубке) может непрерывно изменяться (диссипироватъ за сч╦т трения и перехода кинетич, энергии в теплоту), вызывая пространственно-временные осцилляции поля I (их наблюдали в экспериментах с распространенном ультразвука). Этот периода ч. процесс является аналогом нестационарного Джизефсона эффекта н сверхпроводниках. На поверхности канала, где вектор I фиксирован, пристеночный слой сверхтекучего ком-попопта может испытывать торможение за сч╦т рождения поверхностных квантованных вихрей ≈ б у д-ж у м о в (стянутых в точку вихрей), обладающих
Рис. 0. Текстура вектора I в сферическом сосуде с гслием (случай незатухающего сверхтснучего движении}, Точечиан осо-брдность в векторном поле / на поверхности сосудя ≈ Оуджум с JV = 2.
ч╦тным числом N квантов К≈him, циркуляции сверхтекучей скорости по контуру, лежащему в плоскости стенки, где т--=2т^ ≈ масса бо;инш (двух атомов уНо), В-трегьих, в сосудах определ. формы, напр, в сферических, всегда, даже н осп. состоянии, имеется циркуляционное сверхтекучее движение, вызываемое образующейся в этом сосуде текстурой (рис. (.1). Ото движение обладает моментом импульса и может быть обнаружено по гироскопич. эффекту.
Уникальность сверхтекучих свойств Л-фазы ≈ следствие специфич. спонтанного нарушения симметрии. Состояния Л-фазы не инвариантны относительно «д-либровочном преобразования, а также относительно пространственных и спиновых вращений, однако пн-вариаптны относительно определ. комбинации этих преобразований: калибровочное преобразование Н- попорот вокруг оси /. В результате сверхтекучие свойства, являющиеся следе/гнием нарушения калибровочной симметрии, оказываются связанными с жидко-крнсталлич. свойствами, возниканшпшн лз-за нарушения симметрии относительно прострапстясшшх поворотов. Комбинированная инвариантность приво/жт также к возможности существования в .4-фазе вихрей с полуцелым числом квантов циркуляции. Г»
")
}
