1tom - 0359.htm
421
квазичастнцы образутот изотропные пары, орбитальные состояния к-рых характеризуются тремя равновероятными проекциями ±1 и 0 момента импульса L ≈ \\ на направленно оси квантования, а спиновое состояние ≈ равновероятными проекциями ±1,0 спина пары А'≈1 на направление оси квантования спина. В отсутствие спин-орбитального взаимодействия взаимная ориентация осей кваптояания произвольна и состояния #-фазы вырождены относительно тр╦хмерных поворотов спиновых осой по отношению к направлению орбитальных. Тр╦хмерные повороты задают матрицей тр╦хмерных вращении /»*/£, к-рая выражается через компоненты единичного вектора п оси поворота и угол поворота 0. Состояние куперовскнх пар в /У-фазе обладает «полным моментом импульса»
/=0, где / ≈ собств. значение оператора 7/^Л/+
*. <-* *∙%
-\\-RikSi (L и # ≈ операторы орбитального момента и спина). Вырождение снимается спин-орбитальным взаимодействием, энергия к-рого минимальна при 0^агссоз(≈1/4)«104'J (т.н. магический угол, наблюдаемый в ЯМР-эксн'еримснтах), а также стенками сосуда, маги, полом и сверхтекучим потоком, ориентирующими вектор п. Частоты ЯМР чувствительны к ориентации п относительно внеш. мат. поля, что позволяет измерять слабые ориентирующие воздействия на вектор п.
Сверхтекучие свойства /?-фазы во многом аналогичны свойствам Не II. Плотность сверхтекучего компонента изотропна, ко становится анизотропной в маги, поле, В £-фазе сверхтекучее течение потенциально и имеются квантов, вихри с квантом циркуляции hi иг.
Система вихрей во вращающемся сосуде обнаружена методом ЯМР, благодаря ориентирующему влиянию вихрей на вектор п. Вихри в Не II и в *l\\Q-B отличаются структурой их ядра: на оси вихря в Не II сверхтекучесть нарушается (р.?~0), ядро вихря в Я-фазе может содержать др. сверхтекучую фазу. Экспериментально обнаружены фазовый переход 1-го рода от одной структуры ядра «ихря в другую при Т = (),ЪТС (р = = 29,4 атм, или 29,7-10° Па) и маги, момент вилря, сосредоточенный и ядро и направленный по вектору J/j&Qfe (Я ≈ направление оси вихря). Маги, момент вихря ≈ следствие специфич. спонтанного нарушения симметрии в Й-фаяе, связывающего жидкокристаллич. и магн. свойства: состояния .й-фазы инвариантны относительно опредсл. комбинации пространственных и спиновых вращений. Л результате, если в жидкости имеется орбитальный момент кол-ва движения L, напр, за счет сверхтекучего движения вокруг вихря, то обязательно имеется и спиновый момент Si ~ R[kb^ и наоборот, маги, поле созда╦т орбитальное движение.
Существование фазы А± связано с тем, что в магн. поле фермп-поисрхноети частиц со спином вверх и со слипом в н и з разнесены, поэтому при понижении темп-ры происходит сначала переход из нормального состояния в ^-фазу с образованием купе-ровских пар в состоянии только со спином вверх. При дальнейшем понижении тсмп-ры она переходит в А -фазу (фазовый переход 2-го рода), где образуются также и пары со сшшом вниз.
Н Aj-фазе сверхтекучке свойства связаны не только с жидкокристаллическими, но и с маги, свойствами.
Ото, в частности:, приводит к тому, что второй звук в Иг-фазе взаимодействует со спиновыми волнами и скорость его гораздо больше, чем в фазах А и В. Благодаря этому второй знук в А^фаас экспериментально наблюдать гораздо легче, чем в др. фазах.
Лит.: X а л а т п и к о и II. М., Теория сверхтекучести, М., И>71; П а т терзан С., Гидродинамика сверхтекучей жидкости, прр. г яшм!., М,, 1!)78; Воловик Г. Е., Мин <;-е о Б. П., Физика и топожлгия, М., 1980; М и н е о в В. П., Сдорхтокучий 3Пе. Введение в предмет, «УФЕ>, 1983, т. 139, С. .'303; Воловик Г. Е., Сверхтекучие свойства А-фазы Н<:3, там ЖР, 1384, т. 143,- С. 73, Г, К. Волоиик.
ГЕЛИЙ ТВЕРДЫЙ ≈ зелий в кристаллич. состоянии, существует только при достаточно высоких давлениях.
Известны три устойчивые кристаллич. модификации 4Не: гексагональная нлоткоупакованная при данлс* пнях выше 25 атм (2,5 МНа); кубическая объ╦мноцеит-рированная в узкой области диаграммы состояния 4Hct примыкающей к кривой плавлении в интервале тсмп-р 1,46≈1,77 (см. рис. 1 к ст. Гелий жидкий}; кубическая гранецеитрированлая при темп-pax 7'>14,9 К и давлениях > 105 МНа (1050 атм). Для Г. т. характерны низкая плотность (до 0,19 г/ем3) и ВЫСОКАЯ сжимаемость {до 3,5-Ю*8 Па"1). При исследовании мехаиич. свойств Г. т. обнаруживает высокую пластичность, предел текучести при сдвиговых деформациях порядка 1C3 Па. По оптич. свойствам Г. т., как и жидкий гелий,≈ прозрачная бесцветная среда, показатель преломления к-рой близок к 1 (1,038 при 2,5 МПа), гексагональная плотно-упакованная фаза обладает слабым двойным лучепреломлением (rif≈n^≈-j-2,8-10~e). Г. т.≈ диэлектрик, элсктрич. прочность его достигает 107 В/см. К особенностям Г, т. следует отнести низкие значения Дебая тем-пературы (до 6^>^25 К) и сравнительно большую роль энгармонизма тепловых колебаний (см. Динамика кристаллической решетки). Кроме того, в Г, тм как и в жидком, практически нерастворимы примеси, за исключением л╦гкого изотопа гелия 3Не.
Большая амплитуда колебаний атомов Г. т. при Т≈ =0 К (нулевых колебаний) приводит к неустойчивости его крпсталлич. состояния при давлениях ниже 2,5 МПа. Это обусловливает н др. необычные свойстка Г. т., что заставляет отнести его к особому классу твердых тел ≈ к т. п. квантовым кристаллам, к-рые отличаются прежде всего необычным характером движении точечных дефектом (напр., вакансий). В обычных клас-сич. кристаллах при достаточно низких теми-pax такиэ дефекты оказываются «замороженными» в определ. поло/копиях в кристаллич. реш╦тке. В Г. т. из-за большой амплитуды нулевых колебаний атомов отлична от О вероятность кваптоиого туннелиропания дефекта, напр., пз одного узла реш╦тки в соседний узел. Если ота вероятность достаточно велика (как это имеет место и случае вакансий и примесных, атомов 3Ио), то дефект до-локализустся, т. о. движется как квазичастица, обладающая определ, инертней и квазиимпульсом (см. Вакансией^ Дефектом). Процессы диффузии таких дефектов подчиняются другим закономерностям, чем обычная классическая диффузия {см. Квантовая диффузия).
Кпнптовые эффекты существ, образом влияют также на поверхностные процессы Б кристаллах Не. В частности, при ,7'<1 К движение межфазной границы между жидким и тв╦рдым гелием (т. е. рост н плавление кристалла) может происходить практически бсздиссипатив-гшм образом. Ото обеспечивает возможность существо-нгшик слабо затухающих колебаний поверхности Г. т., обусловленных пориодич. плавлением и кристаллизацией. Эти т. н. кристаллизационные волны, во многом аналогичны капиллярным волнам на поверхности жидкости.
Тв1;рдый 3Ие также известен в тр╦х кристаллич. модификациях: объ╦мноцоптрировапной кубической при давлениях 2,9≈13,5 МПа и томп-рах Г<3,1 К, гексагональной плотноупаковапной при более высоких давлениях и темп-pax и гранецснтрированлой кубической при давлении выше 161 МПа и T^IS К. Фив. свойства тв╦рдого 3Нс аналогичны свойствам тв╦рдого 4Не, Отличия обусловлены гл. обр. наличием спина I^Va У ядра эНе. При не слишком низких тсмн-рах тв╦рдый 3Не ≈ ядерный парамагнетик с восприимчивостью, подчиняющейся Кюри ≈ Вейса закону (см. Ядерный парамагнетизм]. При T<ii мК тв╦рдый 3Не ≈ ашпиферро-маг.нетик. Антиферромагнетизм 3Но обусловлен обменным взаимодействием между ядерными спинами (значительно более слабым по сравнению с взаимодействием в жидком 3Не). Энтропия твердого 3Не при 3">1 мК практически постоянна к равна: R In 2 (где R ≈ газо- ,- ≈ вая постоянная), Это приводит к наличию глубокого 427
")
}
