Кінетичні процеси в двофазних твердих розчинах 3Не-4Не

Maidanov V., Grigor'ev V., Penzev A., Ganshin A., Rudavskii E., Rybalko A. Phase separation line for solid mixtures of ³He in ⁴He // J. Low Тemp. Phys. - 2001. - Vol. 122, N 5/6. - P.475-479.

Penzev A., Ganshin A., Grigor'ev V., Maidanov V., Rudavskii E., Rybalko A., Slezov V., Syrnikov Ye. Influence of supercooling level on kinetics of phase separation in solid mixtures of ⁴He in ³He // J. Low Temp. Phys. - 2002. - Vol. 126, N 1/2. - P.151-156.

Ганьшин А.Н., Григорьев В.Н., Майданов В.А., Пензев А.А., Рудавский Э.Я., Рыбалко А.С., Сырников Е.В. Наблюдение вакансионных кластеров Андреева-Пушкарова в распавшихся твердых растворах ⁴Не в ³Не // Письма в ЖЭТФ. - 2001. - T. 73, в. 6. - C. 329-333.

Maidanov V., Ganshin A., Grigor'ev V., Penzev A., Rudavskii E., Rybalko A., Syrnikov E. Formation of vacancion-impurity complexes in phase-separated solid mixtures of ⁴He in ³He // J. Low Тemp. Phys. - 2002. - Vol. 126, N 1/2. - P.133-138.

Ганьшин А.Н., Григорьев В.Н., Майданов В.А., Пензев А.А., Рудавский Э.Я., Рыбалко А.С., Сырников Е.В. О влиянии малых примесей ⁴Не на кривую плавления ³Не // ФНТ. - 2001. - Т. 27, № 6. - С. 690-692.

Li J., Maidanov V.A., Dyball H., Lusher C.P., Cowan B.P., Saunders J. Current sensing noise thermometry for milikelvin temperatures using a DC SQUID // Physica B. - 2000. - Vol. 284-288. - P. 544-545.

Lusher C.P., Li J., Maidanov V.A., Digby M.E., Dyball H., Casey A., Nyeki J., Dmitriev V.V., Cowan B. Saunders J. Current sensing noise thermometry using a low T_c DC SQUID preamplifier // Meas. Sci. Technol. - 2001. - Vol. 12, N1 -P. 1-15.

Maidanov V.A., Engert J., Fellmuth B. Thermal parameters of a sealed lambda-point cell developed at PTB // Bureau International des Poids et Measures, Comite Consultatif de Thermometrie, 20^th meeting, Document CCT/01-01. - 2001. - P. 1-11.

А.с. 1413383 СССР МКИ F 25 B 9/02, F 25 J 1/02. Способ получения сверхнизких температур/его варианты/ и установка для его осуществления/ее варианты / В.А. Михеев, В.А. Майданов, Н.П. Михин, В.Н.Репин (СССР). - № 3771603/23-06; Заявлено 20.07.84; Опубл. 30.07.1988, Бюл. № 28. - 5 с.

Дикина Л.С., Иванцов В.Г., Картель Н.Т., Лукашев В.Н., Майданов В.А., Михеев В.А. Применение новых адсорбентов в технике низких и сверхнизких температур // Тезисы докладов 1V Республиканского семинара по физике и технике СНТ. - Донецк. - ДонФТИ, - 1989.

Mohandas P., Cowan B.P., Saunders J., Chagovets V.K., Maidanov V.A., Mikhin N.P., Rudavskii E.Ya., Mikheev V.A. Continuously operating cryogenic cycle dilution refrigerator // Proc. 20 International Conf. Low Temp. Phys. (LT-20). - USA. - 1993.- P. 531-539.

Lusher C.P., Cowan B., Maidanov V.A., Saunders J. Current sensing noise thermometry using a DC SQUID // Proc. ISEP 97 PTB. - Berlin (Germany). - 1997. - P. 417-419.

Майданов В.А., Михин Н.П., Омелаенко Н.Ф. Оcобенноcти времени cпин- решеточной релакcации в процеccе фазового раccлоения твердых раcтворов ³He - ⁴He // Труды XXXI cовещания по физике низких температур. - Моcква. - 1998.

Ganshin A.N., Grigor'ev V.N., Maidanov V.A., Omelaenko N.F., Penzev A.A., Rudavskii E.Ya., Rybalko A.S. Study of separation kinetics of ³He - ⁴He solid mixtures by precision pressure measurements // Proc. International symposium on ultralow temperature physics. - St. Petersburg. - 1999. - P. 15

Ganshin A., Grigor'ev V., Maidanov V., Omelaenko N., Penzev A., Rudavskii E., Rybalko A. Kinetics of ³He inclusions in phase-separated ³He - ⁴He solid mixtures // Proc. 18^th General Conference of the Condenced Matter Division. - Montreux (Switzerland). - 2000. - P . 94.

Rudavskii E., Ganshin A., Grigor'ev V., Maidanov V., Penzev А., Omelaenko N., Rybalko A. Melting and Crystallization of ³He Inclusions in Two-phase Solid ³He _ ⁴He mixtures // Proc. International Symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2000. - Minnesota (USA). - 2000. - P. 7-15.

Smith A., Maidanov V., Saunders J., and Cowan B. Phase Separation in Solid Isotopic Helium Mixtures // Proc. International Symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2000. - Minnesota (USA). - 2000. - P. 9-36.

Dyball H., Casey A., Maidanov V., Cowan B., Digby M., Dmitriev V., Junyun Li, Lusher C., Nyeki J., and Saunders J. Noise thermometry from 1 K to 1mK // Proc. International Symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2000. - Minnesota (USA). - 2000. - P. 10-33.

Penzev A., Ganshin A., Maidanov V., Grigor'ev V., Omelaenko N., Rudavskii E., Rybalko A. Phase Separation Kinetics of Solid ³He - ⁴He Mixtures // Proc. Third International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals. - Szklarska Poreba (Poland). - 2000. - P. 124-125.

Penzev A., Ganshin A., Grigor'ev V., Maidanov V., Rudavskii E., Rybalko A. Growth and Dissolution Features of ³He Liquid Droplets in ⁴He Solid Matrix // Proc. Third International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals. - Szklarska Poreba (Poland). - 2000. - P. 110-111.

Ганьшин А.Н., Григорьев В.Н., Майданов В.А., Пензев А.А., Рудавский Э.Я., Рыбалко А.С. Плавление и повторная кристаллизация твердых включений ³Не в кристаллической матрице ⁴Не // Труды 32 Всероссийского совещания по физике низких температур. Тезиcы докл. - Казань. - 2000, С. 39-40.

Penzev A., Ganshin A., Grigor'ev V., Maidanov V., Rudavskii E., Rybalko A., Syrnikov Ye. Formation of vacancion-impurity complexes in phase-separated solid mixtures of ⁴He in ³He // Proc. International symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2001. - Konstanz (Germany). - 2001. - P. 29.

Maidanov V., Ganshin A., Penzev A., Grigor'ev V., Rudavskii E., Rybalko A., Slezov V., Syrnikov Ye. Influence of supercooling level over kinetics of phase separation in solid mixtures of ⁴He in ³He // Proc. International symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2001. - Konstanz (Germany). - 2001. - P. 30.

Penzev A., Ganshin A., Grigor'ev V., Maidanov V., Rudavskii E., Rybalko A., Syrnikov Ye. Influence of small ⁴He impurities over melting curve of ³He // Proc. International symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2001. - Konstanz (Germany). - 2001. - P. 54.

Ganshin A.N., Grigor'ev V.N., Maidanov V.A., Penzev A.A., Rudavskii E.Ya., Rybalko A.S., Syrnikov Ye.V. The solidification curve of liquid ³He with small impurities of ⁴He // Proc. Abstracts of international conference “Physics of Liquid Matter: Modern Problems”. - Kiev (Ukraine). - 2001. - P. 171.

Maidanov V., Ganshin A., Grigor'ev V., Penzev A., Rudavskii E., Rybalko A., Syrnikov Ye. Formation of complexes (vacancion + impurity cluster) in phase-separated solid mixtures of ⁴He in ³He // Материалы 5-й Международной конференции “Физические явления в твердых телах”. - Харьков (Украина). - 2001. - С. 68.

Maidanov V., Ganshin A., Grigor'ev V., Penzev A., Rudavskii E., Rybalko A., Slezov V., Syrnikov Ye. Kinetics of Phase Separation in Solid Mixtures of ⁴He in ³He at Various Supercooling Level // Proc. 19^th General Conference of the EPS Condensed Matter Division held jointly with CMMP2002 - Condensed Matter and Materials Physics. - Brighton (UK). - 2002. - Europhysics Conference Abstracts. - Vol. 26A. - P. 160.

Maidanov V., Ganshin A., Grigor'ev V., Penzev A., Rudavskii E., Rybalko A., Syrnikov Ye. Features of Phase Separation in Dilute Solid Mixtures of ⁴He in ³He // Proc. 19^th General Conference of the EPS Condensed Matter Division held jointly with CMMP2002 - Condensed Matter and Materials Physics. - Brighton (UK). - 2002. - Europhysics Conference Abstracts. - Vol. 26A. - P. 161.

Maidanov V.A., Smith A., Rudavskii E.Ya., Grigor'ev V.N., Slezov V.V., Saunders J., Cowan B. Phase separation in solid helium-3 - helium-4 mixtures - comparison with theory of homogeneous nucleation // Proc. 19^th General Conference of the EPS Condensed Matter Division held jointly with CMMP2002 - Condensed Matter and Materials Physics. - Brighton (UK). - 2002. - Europhysics Conference Abstracts. - Vol. 26A. - P. 161.

Анотація

Майданов В.А. Кінетичні процеси в двофазних твердих розчинах ³Не-⁴Не. Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора фізико-математичних наук за фахом 01.04.09 - Фізика низьких температур. На правах рукопису. Фізико-технічній інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України, Харків, 2003.

В дисертації представлені результати систематичних досліджень кінетичних процесів в двофазних твердих розчинах ізотопів гелію при наднизьких температурах. За допомогою методу ЯМР уперше отримано відомості щодо коефіцієнту спінової дифузії ³Не у твердих включеннях ³Не в матриці ⁴Не у широкій області температур 16 - 90 мК. Застосування методу обмеженої дифузії дозволило визначити діаметр твердих включень ³Не, що складає 4,5 0,5 мкм. При застосуванні мотодики прецизійного вимірювання тиску була спостережена нова квантова система, передбачена Андреєвим та Пушкаровим, нанокластери, що складаються з вакансії, яку оточують атоми ⁴Не в неупорядкованій матриці ³Не. При дослідженні слабких твердих розчинів ³Не в ⁴Не отримано дані щодо ефективної масової дифузії атомів ³Не в кристалі. Спостережено швидкий недифузійний перенос речовини в кристалі і запропоновоно модель багатоступінчатого розчинення включень ³Не, що якісно пояснює усі отримані результати. Вивчено динамику росту та розчинення рідких крапель ³Не у твердому ⁴Не. Створену нову оригінальну експериментальну базу для фізичних досліджень при наднизьких температурах.

Ключові слова: твердий гелій, вакансії, нанокластери, квантові кристали, квантова дифузія, фазове розшарування, ядерний магнітний резонанс.

Аннотация

Майданов В.А. Кинетические процессы в двухфазных твердых растворах ³Не-⁴Не. - Рукопись. Диссертация на соискание ученной степени доктора физ. - мат. наук по специальности 01.04.09 - физика низких температур - Физико - технический институт низких температур им. Б.И.Веркина НАН Украины, 2003, Харьков, Украина.

В диссертации представлены результаты систематических экспериментальных исследований новых кинетических процессов в двухфазных твердых растворах изотопов гелия при сверхнизких температурах. Разработан криогенный комплекс для физических исследований квантовых кристаллов в милликельвиновой области температур. Основной частью комплекса является мощный рефрижератор растворения с гибридной системой циркуляции ³Не, позволяющей понизить температуру до 5 мК. Разработана также термометрия сверхнизких температур и автоматизированная система управления, сбора и обработки экспериментальных данных. Использование новой методики получения высококачественных кристаллов с помощью термоциклирования позволило получать надежные и воспроизводимые результаты.

С помощью ЯМР удалось впервые измерить коэффициент спиновой диффузии в твердых включениях ³Не, возникающих в результате фазового расслоения твердого раствора ³Не-⁴Не в температурной области 16 - 90 мК. Показано, что измеренные значения коэффициента диффузии хорошо согласуются с данными для объемного ³Не с ОЦК структурой. Применение метода ограниченной диффузии позволило определить диаметр твердых включений ³Не, который составляет 4,5 0,5 мкм. Этот результат является основой нового метода исследования диффузионных процессов и кинетики зародышеобразования в двухфазных твердых растворах. Обнаружена также необычная температурная зависимость времен спин - решеточной релаксации в жидких каплях ³Не в кристаллической матрице ⁴Не и показано, что, наряду с температурной зависимостью , характерной для объемного жидкого ³Не, присутствует постоянный вклад, связанный с границей между жидким ³Не и твердым ⁴Не.

Методом прецизионной барометрии обнаружена новая квантовая система, предсказанная Андреевым и Пушкаровым, - вакансионные нанокластеры состоящие из вакансии, окруженной атомами ⁴Не в неупорядоченной матрице ³Не. Уточнено уравнение для определения радиуса кластера и получено количественное согласие с наблюдаемым в эксперименте изменением давления. При исследовании слабых твердых растворов ³Не в ⁴Не получены данные об эффективной массовой диффузии атомов ³Не в кристалле и показано, что при низких температурах квантовая диффузия сильно подавляется за счет полей напряжений, возникающих вблизи границы включений. В процессе растворения включений при отогреве обнаружен быстрый недиффузионный перенос вещества в кристалле и предложена модель многоступенчатого растворения включений ³Не, которая качественно объясняет все полученные результаты. При исследовании изменения давления в результате плавления и повторной кристаллизации включений ³Не обнаружена неполная кристаллизация включений и изучена динамика роста и растворения жидких капель ³Не в твердом ⁴Не. Показано, что рост жидких капель может быть описан суперпозицией двух процессов - диффузионного роста и релаксации напряжений. Это связано с сильным влиянием напряжений, возникающих в кристалле при фазовом переходе и приводящих к пластической деформации матрицы.

Ключевые слова: твердый гелий, вакансии, нанокластеры, квантовые кристаллы, квантовая диффузия, фазовое расслоение, ядерный магнитный резонанс.

Summary

Maidanov V.A. Kinetic processes in two-phase solid ³He-⁴He solution. Manuscript. Thesis for а doctor's degree in physics and mathematics, speciality 01.04.09 - Low Temperature Physics. By right of a manuscript, B. I. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering NAS Ukraine, Kharkov, 2003.

The results of systematic studies of the kinetic processes in two-phase solid solutions of helium isotopes at ultralow temperatures are presented in the thesis. Employing the NMR method the data have been obtained for the first time about the spin diffusion of ³He in the solid ³He inclusions in the ⁴He matrix in a wide temperature range between 16 and 90 mK. The use of the limited diffusion method allowed us to estimate the diameters of the solid ³He inclusions to be 4,5 0,5 m. Employing the technique of pressure measurements a new quantum system was observed which had been predicted by Andreev and Pushkarov. This system consists of nanoclasters which are vacancies surrounded by ⁴He in a non-ordered matrix. New data were obtained about effective mass diffusion of ³He atoms in the crystal of weak solid ³He-⁴He solutions. Fast non-diffusive transfer of the substance was observed in the crystal and a model of many-step dissolution of the ³He inclusions has been proposed. The model explains qualitatively the results obtained. The dynamics of the growth and dissolution of the liquid ³He droplets in solid ⁴He has been studied.

Key words: solid helium, vacancy, nanoclaster, quantum crystal, quantum diffusion, phase separation, nuclear magnetic resonance.

Размещено на Allbest.ru