Исследования сверхтекучих фаз 3He в аэрогеле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ имени П.Л. КАПИЦЫ

На правах рукописи

{197

ЗМЕЕВ Дмитрий Евгеньевич £

УДК 538.941

ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХТЕКУЧИХ ФАЗ 3НЕВ АЭРОГЕЛЕ

Специальность 0] .04.09 — физика низких температур

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 2006

003067197

Работа выполнена в Институте физических проблем им. П.Л. Капицы РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

член-корреслондент РАН В. В. Дмитриев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор М. С. Тагиров

доктор физико-математических наук,

профессор

Л. П. Межов-Деплин

Ведущая организация: Институт теоретической физики имени

Л. Д. Ландау РАН

Защита диссертации состоится "24"яввара 2007 г. в Т\_ ч. на заседании Диссертационного совета Д 002.103.0) при Институте физических проблем им. П. Л. Капицы РАН 119334, г. Москва, ул. Косыгина 2.

С диссертацией можно ознакомиться, в библиотеке Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН.

Автореферат разослан " 21 " декабря 2006 г. Учёный секретарь Диссертационного

совета Д 002.103.01

доктор физико-математических наук,

член-корреспондент РАН

Л. А. Прозорова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Среди физических систем, обладающих сверхтекучестью, гелий-3 занимает выделенное место. Это вещество может находиться в нескольких различных сверхтекучих состояниях, проявляющих большое разнообразие всевозможных свойств. Такое разнообразие обусловлено нетривиальным куперовским спариванием квазичастиц в сверхтекучем состоянии с орбитальным моментом и ядерным спином равными единице. Несмотря на довольно сложную структуру параметра порядка, свойства сверхтекучего 3Не хорошо изучены, и для многих явлений созданы количественные теории [1]. Кроме этого, сверхтекучий 3Не — самое чистое вещество. Все примеси вымерзают на стенках сосуда, когда 3Не становится сверхтекучим (при температурах ниже 2.5 мК), и даже изотоп — 4Не — практически не растворяется в 3Не. Представляет интерес изучение влияния примесей на такую чистую и сложную по своей природе систему. В то время как для сверхпроводников существует проблема избавления от примесей и прочих дефектов, внесение примесей в сверхтекучий 3Не представляет сложность. Возможность вносить примеси в сверхтекучий 3Не появилась начиная с 3995 г., когда была открыта сверхтекучесть 3Не в аэрогеле высокой пористости |2, 3]. Аэрогель представляет собой неупорядоченную сеть из тончайших нитей, состоящих из молекул БЮг- Поскольку диаметр нитей ЗОА) много меньше длины когерентности куперовских пар (несколько сотен ангстрем), аэрогель играет роль примесей. Как и следовало ожидать, аэрогель понижает температуру сверхтекучего перехода, но кроме этого примеси могут, в принципе, изменять симметрию параметра порядка сверхтекучих фаз. Также как и в чистом сверхтекучем 3Не, в 3Не в аэрогеле в слабых магнитных полях реализуются две сверхтекучие фазы — при высоких температурах и давлениях наблюдается так называемая фаза А-типа, а в остальной области фазовой диаграммы — фаза В-типа. Установлено, что симметрия параметра порядка в фазе В-типа не меняется по сравнению с В-фазой чистого 3Не [4, 5]. Однако количественные характеристики 3Не-В могут

изменяться при внесении примесей. В частности, до данной работы бьша неизвестна леггеттовская частота в 3Не-В в аэрогеле — величина, определяемая диполъ-дипольиым взаимодействием ядерных магнитных моментов в куперовской паре. Было известно, что пространственное распределение параметра порядка (текстура) в 3Не-В в аэрогеле сильно отличается от текстуры в чистом 3Не-В, но детально это различие изучено не было. Что касается фазы A-типа, то в настоящее время не известен даже вид её параметра порядка.

В диссертационной работе проводились исследования сверхтекучих фаз 3Не в аэрогеле методами ЯМР, целью которых были измерение леггет-товской частоты в 3Не-В в аэрогеле, изучение текстуры параметра порядка в 3Не-В в аэрогеле, а также исследование фазы А-типа.

Научная новизна работы

В работе была впервые измерена леггеттовская частота в B-фазе 3Не в аэрогеле в широком диапазоне температур и давлений. Обнаружено, что параметр порядка в 3Не-В в аэрогеле на границе со сверхтекучим чистым 3Не ориентируется иначе, чем параметр порядка чистого 3Не-В на границе с твёрдой стенкой. В фазе A-типа обнаружено два спиновых состояния, способных сосуществовать в объёме образца. Эти состояния существенно отличаются друг от друга свойствами, наблюдаемыми в экспериментах по ЯМР. Также впервые наблюдался продольный резонанс в обеих фазах 3Не в аэрогеле.

Апробация работы

Результата, изложенные в работе, докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и симпозиумах:

• 24th International Conference on Low Temperature Physics, August 2005,

Orlando, FL, USA

• International Symposium on Ultralow Temperature Physics, August 2005,

Gainesville, FL, USA

• Symposium on Quantum Phenomena at Low Temperatures, April 2006,

Lammi, Finland

• International Symposium on Quantum Fluids and Solids, August 2006,

Kyoto, Japan

• XXXIV Совещание по физике низких температур, сентябрь 2006,

Краснодарский край

По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объём работы составляет 90 страниц и включает в себя основной текст, 4] рисунок и список литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, приведено краткое содержание диссертации по главам.

В первой главе приводится краткий обзор базовых представлений о сверхтекучем 3Не. Рассматриваются параметр порядка, вид дипольной энергии, приводятся основные уравнения спиновой динамики. Даётся понятие о текстурах вектора параметра порядка, излагаются методы измерения леггеттовской частоты в чистом 3Не-В. Приводится фазовая диаграмма 3Не в азрогеле и описываются его основные свойства.

Во второй главе описана экспериментальная установка. Приводятся данные об аэрогеле и особенностях работы с ним. Кратко описан цикл ядерного размагничивания, описываются использовавшиеся в работе экспериментальные ячейки. Приводятся схемы использовавшихся ЯМР спектрометров и описываются принципы их работы.

т/т

Рис. 1. Зависимость леггеттовской частоты в 3Не-В в аэрогеле от температуры при разных давлениях. Тса=Тса(Р) — температура сверхтекучего перехода в 3Не в аэрогеле для соответствующих давлений.

В третьей главе излагается метод измерения леггеттовской частоты Пва п 3Не-В в аэрогеле с помощью поперечного ЯМР. В чистом 3Не, при условии что текстура в образце известна, можно измерять леггеттовскую частоту, измеряя максимальный сдвиг частоты па линии ЯМР. Сделать измерения в 3Не-В в аэрогеле напрямую, по аналогии с чистым 3Не-В, не удавалось, поскольку на момент начала диссертационной работы линии ЯМР в :!Не В в аэрогеле не имели чёткой интерпретации в терминах текстуры параметра порядка. Обнаружив особенность на линии ЯМР и соотнеся её с максимально возможным дипольным сдвигом [6], мы получили возможность измерять леггеттовскую частоту. Причём диапазон давлений и температур, в которых имелась возможность провести измерения, был существенно больше, чем в более ранних измерениях [7] с помощью колебаний однородно прецессирующего домена (ОПД) (в этом методе не возникает трудностей, связанных с неизвестностью текстуры, поскольку она однородна). Измерения с помощью этих двух способов в перекрывающемся диапазоне дали одинаковые результаты. На рис. 1 представлены измеренные нами методом непрерывного ЯМР температурные зависимости Пва при нескольких давлениях.

Температурные зависимости леггеттовской частоты в 3Не-В в аэрогеле при разных давлениях обладают некоторыми свойствами, отсутствующими у аналогичных зависимостей в чистом 3Не-В. Было обнаружено, что для разных давлений температурные зависимости = Г2дЛ(Тса-Т) совпадают (рис. 2). Установлено, что эта универсальная зависимость имеет степенной вид: ос(Тса-Т)а. Также было обнаружено, что линия сверхтекучих переходов в 3Не в аэрогеле Тса=Тса(Р) совпадает с некоторой изолинией, вдоль которой леггеттовская частота в чистом 3Не-В остаётся постоянной (Г!„ = Пи(Р,Т)=сош1:). Было проверено, что эта закономерность выполняется для аэрогелей с разными плотностями, исследованными другими группами. Эти две эмпирические зависимости не имеют теоретического объяснения на настоящий момент.

Кроме измерений леггеттовской частоты методом поперечного ЯМР, были проведены измерения с помощью продольного ЯМР для одной фиксированной частоты продольной накачки.

к

Гч|

а

1.1

1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0.0

0.0

□ 11.9 бар

о 14.5 бар

д 17.5 бар

V 20.1 бар

> 26.0 бар

< 29.3 бар

+ 15.5 бар*

X 26.0 бар*

ж 29.3 бар*

0.1

0.2

0.3

Т -Т,мК

0.4

0.5

Рис. 2. Зависимость леггеттовской частоты в 3Не-В в аэрогеле от (Тса-Т). Тса=Тса(Р) соответствует давлениям, при которых были получены температурные зависимости. Зависимость имеет степенной характер Пда <х(Тса-Т)а, а и 1.34. Звёздочками отмечены зависимости, измеренные нами в другом образце 3Не в аэрогеле (г> « 1.48).

Четвёртая глава посвящена исследованию пространственного распределения ориентации вектора параметра порядка (текстуры) в :|Не~В в аэрогеле. Для изучения текстур параметра порядка удобно рассматривать вектор орбитального момента импульса Ь, который появляется в 3Не-В в магнитном поле. Пространственная ориентация Ь в чистом 3Не-В определяется минимизацией ориентационпой энергии и выглядит следующим образом: вдали от стенок сосуда Ь выстраивается вдоль магнитного поля, вблизи стенок сосуда направление Ь перпендикулярно поверхности, а градиентная энергия не позволяет параметру порядка быстро изменять ориентацию по пространству.

На основе анализа экспериментальных данных нами выдвинуто предположение, что вектор L ориентируется на границе 3Ве-В в аэрогеле - чистый ''Не вдоль поверхности, а не перпендикулярно, как это происходит в чистом 3Не-В вблизи твёрдой стенки. Предполагая, что вид ориентирующей текстуру энергии не изменяется в аэрогеле за исключением граничного условия, можно смоделировать равновесную текстуру и вид линии поглощения ЯМР. Сравнение результатов такого моделирования с экспериментальными данными подтверждает выдвинутое предположение.

Также проведены эксперименты в магнитных полях, направленных под углом к оси ячейки. Сигнал ЯМР сильно отличается от ожидаемого для геометрии ячейки сигнала в чистом 3Не и также может быть качественно объяснён в предположении параллельности вектора L поверхности аэрогеля. Форма линии не зависела от того, было ли направление магнитного поля изменено при низких температурах, после сверхтекучего перехода, или выше Тса. Это означает, что возможные локальные неоднородности в объёме аэрогеля слабо влияют на ориентацию вектора параметра порядка.

Был обнаружен текстурный переход: особенность линии ЯМР, с помощью которой была измерена леггеттовская частота и которую мы связываем с текстурным дефектом, скачком исчезала вблизи температуры сверхтекучего перехода и не появлялась при последующем охлаждении.

Мы выяснили также, что вид фазы чистого 3Не (А или В), окружающего образец с 3Не-В в аэрогеле, не оказывает влияния на ориентирующий эффект границы.

В пятой главе изложены результаты экспериментов с высокотемпературной фазой 3Не в аэрогеле — фазой А-типа. Приводится сравнение экспериментальных данных с результатами существующих теорий фазы А-типа [8, 9].

В этой фазе мы наблюдали два различных спиновых состояния с различающимися свойствами. При обычном охлаждении мы получали линию ЯМР с двумя пиками, которые мы соотнесли с двумя спиновыми состояниями. Сдвиг частоты в непрерывном ЯМР для одного из состояний (/) превышал сдвиг частоты для другого состояния (с) в 4 раза. Прикладывая при охлаждении через Тга к образцу 3Не в аэрогеле радиочастотные им-

150

100

3 <

0.80

0.85

0.90

Т/Т.

Рис. 3. Сдвиги частоты линий ЯМР: О и П — пики (/) и (с) линии с двумя пиками соответственно, □ и V — линии с одним пиком (с) на разных отогревах. Р=29.3бар, Н=224Э.

Рис. 4. Сигналы поглощения и дисперсии продольного ЯМР. Сигналы от фазы А-типа наблюдались при охлаждении (показаны сплошной линией), сигналы от В-фазы наблюдались при нагреве (показаны пунктирной линией). При температуре ТАВа происходит переход из фазы А-типа в В-фазу. Р=26.0бар, Н=224Э. Частота продольной накачки была равна 9593 Гц.

р, градусы

Рис. 5. Зависимость частоты сигнала свободной индукции от начального угла отклонения намагниченности в чистом состоянии (с). Линией показан результат подгонки зависимости функцией (и — ш^)/2тг = Л сое/?. Р=29.3бар, Т=0.76Тса. Н=224Э.

80 60

^

40

к м

< 20

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 р, градусы

Рис. 6. Зависимость частоты сигнала свободной индукции от начального угла отклонения намагниченности в состоянии (/+с).Р=29.3бар, Т=0.76Тса. Н=224Э.

пульсы, переворачивавшие намагниченность на ]80°, мы получили линию с одним пиком, причём сдвиг частоты для неё соответствовал состоянию (с) (см. рис. 3). Состояние (/) в чистом виде получить не удалось.

На рис. 4 приведены результаты продольного ЯМР для смеси двух состояний (/) и (с). Для чистого состояния (с) сигнал продольного ЯМР обнаружен не был. Это означает, что сигнал на охлаждении на рис. 4 связан только с состоянием (/).

Состояния (/) и (с) обладают также сильно различающимися зависимостями сдвига частоты сигнала свободной индукции от угла отклонения намагниченности. На рис. 5 приведены результаты экспериментов по импульсному ЯМР для чистого состояния (с). Сдвиг частоты для этого состояния описывается формулой Au>/2tv = (u> — wL)/27r = A cos /?, где /? — начальный угол отклонения намагниченности.

Зависимость Аш(р) для смеси состояний (/+с) приведена на рис. 6. Интерпретация результатов в смеси состояний затруднена, поскольку предположительно сигнал индукции складывается из двух независимых сигналов от состояний (/) и (с).

На основании полученных экспериментальных данных не удаётся сделать однозначный вывод о том, какая из существующих теоретических моделей правильно описывает свойства фазы А-типа. Идентификация параметра порядка этой фазы требует дальнейших исследований, например изучения состояния (/) в чистом виде.

В заключении перечисляются результаты диссертации и предлагаются эксперименты, в которых могут быть использованы результаты диссертации и эксперименты, которые могли бы дополнить содержание диссертации.

Основные результаты

1. Измерена леггеттовская частота в В-фазе 3Не в аэрогеле с пористостью 98.2% в широком диапазоне температур и давлений. Эмпирически обнаружены зависимости температуры сверхтекучего перехода в 3Не в аэрогеле и универсальное поведение леггеттовской частоты в зависимости от температуры для разных давлений.

2. Предложено граничное условие для параметра порядка в 3Не-В в аэрогеле на границе между 3Не-В в аэрогеле и сверхтекучим чистым 3Не.

3. В фазе А-типа 3Не в аэрогеле обнаружены два спиновых состояния, названные (/) и (с). Эти состояния отличаются свойствами ЯМР, в частности в состоянии (с) не наблюдается продольный резонанс. Сдвиг частоты от ларморовского значения в импульсном ЯМР в состоянии (с) зависит от начального угла отклонения намагниченности ¡3 по формуле Aw = A cos ¡3. Полученные сведения об этих спиновых состояниях могут стать основой для идентификации параметра порядка в фазе А-типа.

4. Впервые наблюдались сигналы продольного резонанса в 3Не в аэрогеле.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

• V.V. Dmitriev, N. Mulders, V.V. Zavjalov and D.E. Zmeev. NMR Studies of Texture in the B-like Phase of 3He in Aerogel. AIP Conf. Proceedings, 850, 225 (2006)

• V.V. Dmitriev, N. Mulders, V.V. Zavjalov and D. E. Zmeev. CW NMR Measurements of the Leggett Frequency in 3He-B in Aerogel.

AIP Con,f. Proceedings, 850, 229 (2006)

• V.V. Dmitriev, L.V. Levitin, N. Mulders, and D.E. Zmeev. Longitudinal NMR and Spin States in the A-likc Phase of 3He in Aerogel. Письма в ЖЭТФ, 84, 539 (2006)

Литература

|lj D. Vollhradt and P. Wolfle. The Superfluid Phases of Helium Three. Tailor & Francis, London (1S90).

[2] J. V. Porto and J.M. Parpia. Phys. Rev. Lett., 74, 4667 (1995).

[3] D.T. Sprague. T.M. Haard, J.B. Kycia, et al. Phys. Rev. Lett., 75, 661 (1995).

[4] B.I. Barker, Y. Lee, L. Polukhina, D.D. Osheroff, et al. Phys. Rev. Lett., 85, 2148 (2000).

[5] В. В. Дмитриев, В. В. Завьялов, Д. Е. Змеев и др. Письма в ЖЭТФ, 76, 371 (2002).

[6] V.V. Dmitriev, N. Mulders, V.V. Zavjalov and D.E. Zmeev. AIP Conf. Proceedings, 850, 229 (2006).

[7] В. В. Дмитриев, В. В. Завьялов, Д. Е. Змеев, Н. Малдерс. Письма в ЖЭТФ, 79, 612 (2004).

[8] G.E. Volovik. Письма в ЖЭТФ, 84, 533 (2006).

[9] I. A. Fomin. Письма в ЖЭТФ, 84, 740 (2006).

Подписано в печать 20 декабря 2006

Фермат 60x80/16

Объём 1,0 п.л.

Тираж 70 зкэ.

Заказ JV> 19120633

Оттиражировано ва ризографе в ООО «УввверПрввт» ИНН/КПП 7728572912\772801001

Адрес: 117292, г. Москва, ул. Дмитрия "Ульянова, д. 8, кор. 2. Тел. 740-76-47, 125-22-73. http://-www .un rverprint ,ru

Введение

Глава 1. Сверхтекучий 3Не

1.1. Основные понятия.

1.2. Параметр порядка В-фазы

1.3. Параме1р порядка А-фазы

1.4. Спин-орбитальноо взаимодействие.

1.5. ЯМР в 3Не-В

1.5.1. Уравнения Леггетта.

1.5.2. Уравнения Бринкмана-Смита

1.6. Текстуры векч opa napaMeipa порядка в 3Не-В.

1.7. Однородно прецессирующий домен

1.8. Сверхтекучий 3Не в аэрогеле.

1.8.1. Теории сверхтекучей фазы А-типа.

1.8.2. Измерение í)ua с помощью колебаний ОПД.

Глава 2. Экспериментальная установка

2.1. Условия эксперимента.

2.2. Образцы аэрогеля.

2.3. Криостат ядерного размагничивания

2.4. Эксперимешальные ячейки

2.5. Спектромефы ЯМР.

2.5.1. Спектрометр для непрерывного ЯМР.

2.5.2. Спектрометр для продольного ЯМР.

2.5.3. Спектрометр для импульсного ЯМР

Глава 3. Измерение QB в 3Не-В в аэрогеле

3.1. Измерение методом непрерывного ЯМР

3.2. Закономерности, связанные с леггегтовской частотой

3.3. Продольный резонанс в 3Не-В в аэрогеле.

Глава 4. Текстуры в 3Не-В в аэрогеле.

4.1. Условие на границе 3Не-В в аэрогеле с чистым 3Не.

4.2. 3Но-В в аэрогеле с А-фазой на границе.

Глава 5. Исследование фазы А-типа.

5.1. Поперечный непрерывный резонанс.

5.2. Продольный резонанс.

5.3. Импульсный резонанс.

5.4. Обсуждение результатов

Термином «сверхтекучесть» П. JI. Капица назвал явление резкого уменьшения вязкости в жидком гелии-4 ниже температуры А-перехода, которое он обнаружил в 1937 г. [1]. Как выяснилось позднее, это явление связано с переходом в макроскопическое квантовое состояние — бозе-эйнпггей-новской конденсацией части атомов 4Не ниже температуры сверхтекучего перехода. При этом все атомы бозе-конденсата находятся в одном кван-товомеханическом состоянии и их можно описать одной волновой функцией. Бозе-конденсация, как известно, может происходить не только в системах бозонов, но и в фермионных физических системах, например, в электронной ферми-жидкосги в металлах. Это явление связано с куперов-ским спариванием фермионов. В сверхтекучем гелии-3 куперовское спаривание происходит с орбитальным моментом и ядерным спином пары равными единице. Тем самым у кунеровских пар, в огличие от обычных сверхпроводников, появляются внутренние степени свободы. Такое нетривиальное спаривание обусловливает сложный вид волновой функции и широкое разнообразие всевозможных свойств 3Не, возникающих в сверхтекучем состоянии. Изучение сверхтекучего 3Не связано с большими техническими трудносхями, поскольку температура сверхтекучего перехода не превышает 2.5 мК. Развитие техники получения сверхнизких температур дало возможность открыть сверхтекучесть в 1972 г. (D. D. Osheroff, R. С. Richardson, D. М. Lee [2, 3]). Со времени открытия сверхтекучести в 3Не многие его свойства были хорошо изучены и для многих явлений были созданы количественные теории [4]. Поскольку ядра 3Не имеют ненулевой ядерный момент, а бозе-конденсат описывается общей для атомов конденсата волновой функцией, сверхтекучий 3Не можно рассматривать как своеобразное магнитоупорядоченное вещество. Поэтому широкое применение для изучения сверхтекучих фаз 3Не получил метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В частности, этим методом были измерены многие величины, характеризующие 3Не, открыты сверхтекучие спиновые токи, идентифицированы параметры порядка сверхтекучих фаз. Триилегное ку-перовское спаривание в сверхтекучем 3Не позволяет построить несколько параметров порядка, обладающих различной симметрией. В отсутствие магнитного поля в 3Не реализуются две сверхтекучие фазы: при высоких давлениях и температурах — А-фаза с параметром порядка ABM (P. W. Anderson, W. F. Brinkmari, P. Morel [5]), а в остальной области сверхтекучести на фазовой диаграмме — B-фаза с параметром порядка BW (R. Balian, N. R. Werthamer [6] ). В магнитном поле к ним добавляется так называемая фаза Ai, существующая в узком температурном диапазоне между фазой нормального 3Не и А-фазой [7].

3Не при сверхнизких температурах — это самое чистое вещество. Все примеси вымерзают на стенках сосуда, когда 3Не становится сверхтекучим, и даже изотоп — 4Не — практически не растворяе1ся в 3Не. Пред-(чавляет интерес изучение влияния примесей на такую чистую и сложную по своей природе сис!ему. Однако, в то время как для сверхпроводников существует проблема избавления от примесей и прочих дефектов, внесение примесей в сверхтекучий 3Не представляет сложность. Возможность вносить примеси в сверхтекучий 3Не появилась начиная с 1995 г., когда была открыта сверхтекучесть 3Не в аэрогеле высокой пористости [8, 9]. Аэрогель представляет собой неупорядоченную сеть из тончайших нитей, состоящих из молекул SiÜ2. Поскольку диаметр нитей (« 30-50 А) много меньше длины когерентности куперовских пар (несколько сотен ангстрем), аэрогель играет роль примесей. Однако применять теорию Абрикосова и Горькова влияния примесей на сверхпроводимость в сплавах [10] к сверхтекучему 3Не в аэрогеле нельзя, поскольку расстояние между нитями б аэрогеле такого же порядка как и длина когерентности. В со-отвехсгвии с общими представлениями, аэрогель понижает температуру сверхтекучего перехода и плотность сверхтекучей компоненты [8, 9]. Кроме этого влияния примеси могу г, в принципе, стабилизировать состояния с другим параметром порядка, которые не реализуются в чистом 3Не. Также как и в чистом сверхтекучем 3Не, в 3Не в аэрогеле в слабых магнитных полях реализуются две сверхтекучие фазы: при высоких температурах и давлениях наблюдае1ся так называемая фаза А-типа, а в остальной области фазовой диаграммы — фаза В-типа. Установлено, что симметрия параметра порядка в фазе В-типа не меняется по сравнению с В-фазой чистого 3Не [11, 12]. Однако количественные характеристики 3Не-В могут изменяться при внесении примесей. В частности, до данной работы не было систематических измерений леггеттовской частоты в 3Не-В в аэрогеле - величины, определяемой диполь-дипольным взаимодействием ядерных магнитных моментов в куперовской паре. Было известно, что пространственное распределение параметра порядка (текстура) в 3Не-В в аэрогеле сильно отличается от текстуры в чистом 3Не-В, но детально это различие изучено не было. Что касается фазы А-типа, то в настоящее время не известен даже вид её параметра порядка.

В диссертационной рабо1е проводились исследования сверхтекучих фаз 3Не в аэрогеле ме1 одами ЯМР, целью которых были измерение леггеттовской частоты в 3Не-В в аэрогеле в широком диапазоне температур и давлений, изучение текстуры параметра порядка в 3Не-В в аэрогеле, а также исследование фазы А-типа.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение

Диссершщонная работа содержит следующие основные результаты.

1. Методом поперечного ЯМР измерена леггеттовская частота в В-фазе 3Не в аэрогеле с пористостью 98.2 % в широком диапазоне температур и давлений. На основе этих измерений эмпирически обнаружено универсальное поведение jierrei ювской часюты в зависимости от температуры для разных давлений. Также эмпирически найдена зависимость температуры сверхтекучего перехода в 3Не в аэрогеле от давления для данной плотности образца аэрогеля.

2. Выдвинуто предположение, что на границе между 3Не-В в аэрогеле и сверхтекучим чистым 3Не вектор орбитального момента L в 3Не-В в аэрогеле ориентируется вдоль поверхности. Это предположение подтверждается результатами численного моделирования и качественной зависимостью формы линий ЯМР от угла между направлением магнитного поля и осью цилиндрической ячейки.

3. В фазе А-типа 3Не в аэрогеле обнаружены два спиновых состояния, названные (/) и (с). Эти состояния отличаются свойствами ЯМР, в частности в состоянии (с) не наблюдается продольный резонанс. Сдвиг частоты от ларморовского значения в импульсном ЯМР в состоянии (с) зависит от начального угла отклонения намагниченности (3 по формуле Аи = A cos /3. Полученные сведения об этих спиновых сосюяниях могут стать основой для идентификации параметра порядка в фазе А-типа.

4. В обеих сверхтекучих фазах 3Не в аэрогеле впервые наблюдались сигналы продольного резонанса.

Таким образом, содержание диссертации направлено на более глубокое понимание влияния примесей на сверхтекучесть в 3Не.

Для идентификации параметра порядка фазы А-типа необходимо получить состояние (/) в чисюм виде. Возможно, для этого потребуется образец меньшего размера, чем в ячейке 5. Наши ранние эксперименты в фазе А-типа в ячейке 3 указывают на то, что мы наблюдали состояние (/) в чистом виде, но эксперименты по продольному ЯМР в ячейке 3 не проводились. Линии с одним пиком и с похожими на состояние (/) величинами сдвигов наблюдались в фазе А-типа и другими исследователями. Но импульсы, переворачивающие намагниченность в районе температуры перехода они не прикладывали. Если в новом образце аэрогеля удастся получить состояние (/) в чистом виде, то можно будет изучить причину и процесс формирования сосюяния (с). Недавние исследования, проведённые в Японии, показали, что на вид параметра порядка можег влиять анизотропия плотности образца аэрогеля (спонтанная или наведённая) [48]. Поэтому при изготовлении ячейки необходимо тщательно следить за тем, чтобы в образце аэрогеля не возникало деформаций.

Эха же ячейка с недеформированным образцом аэрогеля может использоваться для изучения влияния деформаций аэрогеля на сверхтекучесть в 3Не: после измерений в недеформированном образце, можно тот же образец сжать контролируемым образом и сравнить полученные результаты.

Для дальнейшего изучения ориентирования Ь можно изготовить ячейку, боковые сленки которой покрыты аэрогелем. В этом случае чистый 3Не окажется окружённым 3Не в аэрогеле. Если параметр порядка ориентируема границей чистой фазы и фазы с примесями, то при сверхтекучем переходе в аэрогеле должен происходить текстурный переход в чистом 3Не из-за того, что изменяйся условие на границе: вектор Ь в чистом 3Не должен будет выстроиться вдоль магнитного поля но всему объёму, при этом исчезнет сдвиг частоты сигнала ЯМР от чистого 3Не-В. 3Не в аэрогеле можно также использовать как ориентирующую поверхность в других экспериментах с чистым сверхтекучим 3Не. к -к ~к ~к ~к

Я хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю за редкий пример преданности любимому делу, который он не устает подавать.

Я благодарю своих коллег и соавторов, коюрые к моему большому сожалению уже не работают в нашей группе. Совместная работа с Иваном Косаревым, Славой Завьяловым и Львом Левитиным была для меня приятным и полезным времяпровождением. Также я благодарю другого нашего соавтора — доктора Норберта Малдерса, который на протяжении уже нескольких лет любезно изготавливает для нас образцы аэрогеля.

Я благодарю Ю. Копу за расчёт текстуры параметра порядка в 3Не-В и предоставленную программу, написанную ясно и прозрачно.

Я благодарю И. А. Фомина за многочисленные обсуждения наших экспериментов. В частности, результаты последней главы диссертации были бы гораздо беднее без его предложения использовать импульсы, переворачивающие намагниченность на 180°.

Также я благодарен Дж. Парнии за полезные обсуждения результатов измерений леггеттовской частоты в аэрогеле.

Особенную благодарность я выражаю Е. Р. Подоляку за постоянный интерес к нашей работе и бесчисленные полезные советы.

Я благодарю сотрудников гелиевой и механической мастерских, которые безотлагательно и безупречно обеспечивают наши нужды.

Наконец, я благодарю всех сотрудников Института за создание дружеской творческой атмосферы, царящей в Институте.

1. P. Kapitza // Nature. - 1938. - Vol. 141. - P. 74.

2. D. D. Osheroff, R. C. Richardson, D. M. Lee // Phys. Rev. Lett. 1972. -Vol. 28. - P. 885

3. D. D. Osheroff, W. J. Gully, R. C. Richardson, D. M. Lee // Phys. Rev. Lett. 1972. - Vol. 29. - P. 920.

4. D. Vollhradt, P. Wolfle. The Supcrfluid Phases of Helium Three. London: Tailor & Francis, 1990. - 690 pp.

5. P. W. Anderson, P. Morel // Phys. Rev. 1961. - Vol. 123. - P. 1911.

6. R. Balian, N. R. Werthamer // Phys. Rev. 1963. - Vol. 131. - P. 1553.

7. D. T. Lawson, W. J. Gully, R. C. Richardson, D. M. Lee // Phys. Rev. Lett. 1973.-Vol. 30.-P. 541.

8. J. V. Porto, J. M. Parpia // Phys. Rev. Lett. 1995. - Vol. 74. - P. 4667.

9. D. Sprague, Т. M. Haard, J. B. Kycia et al. // Phys. Rev. Lett. 1995. -Vol. 75. - P. 661.

10. А. А. Абрикосов, JI. П. Горьков // ЖЭТФ. 1961. - Т. 39. - С. 1781.

11. В. I. Barker, Y. Lee, L. Polukhina et al. // Phys. Rev. Lett. 2000. — Vol. 85. - P. 2148.

12. В. В. Дмитриев, В. В. Завьялов, Д. Е. Змеев и др. // Письма в ЖЭТФ. 2002. - Т. 76. - С. 371.

13. V. V. Dmitriev, N. Mulders, V. V. Zavjalov, D. E. Zmeev // AIP Conf. Proceedings. 2006. - Vol. 850. - P. 225.

14. V. V. Drnitriev, N. Mulders, V. V. Zavjalov, D. E. Zmeev // AIP Conf. Proceedings. 2006. - Vol. 850. - P. 229.

15. V. V. Drnitriev, L. V. Levitin, N. Mulders, D. E. Zrrieev // Письма в ЖЭТФ. 2006. - Т. 84. - С. 539.

16. A. I. Ahonen, Т. A Alvesalo, М. Т. Haikala et al. // Phys. Lett. 1975. -Vol. 51A. - P. 279.

17. P. J. Hakoneri, M. Krusius, M M. Salomaa et al. // J. Low. Temp. Phys. 1989. - Vol. 76. - P. 225.

18. A. J. Leggett // Rev. Mod. Phys. 1975. - Vol. 47. - P. 331.

19. E. V. Thuneberg // J. Low. Temp. Phys. 2001. - Vol. 122.- P. 657.

20. А. С. Боровик-Романов, Ю. M. Буньков, В. В. Дмитриев и др. // ЖЭТФ. 1985. - Т. 88. - С. 2025.

21. И. А. Фомин // ЖЭТФ. 1985. - Т. 88. - С. 2039.

22. А. С. Боровик-Романов, Ю. М. Буньков, В. В. Дмитриев и др. // ЖЭТФ. 1989. - Т. 96. - С. 956.

23. W. P. Halperin, J. A. Sauls // cond-mat/0408593.- 2004.

24. G. Gervais, К. Yawata, N. Mulders, W P. Halperin // Phys. Rev. B. -2002.-Vol. 66.-P. 054528.

25. E. Nazaretski, N. Mulders, J. M. Parpia // Письма в ЖЭТФ. 2004. -Т. 79. - С. 470.

26. G. Е. Volovik // Письма в ЖЭТФ. 1996. - Т. 63. - С. 281.

27. G. Е. Volovik // Письма в ЖЭТФ. 2005. - Т. 81. - С. 784.

28. И. А. Фомин // Письма в ЖЭТФ. 2003. - Т. 77. - С. 285.

29. I. A. Fomin // J. of Low Temp. Phys. 2004. - Vol. 134,- P. 7G9.

30. А. И. Ларкин // ЖЭТФ.- 1970.- Vol. 31.- P. 784.

31. Y. Imry, S. Ma // Phys. Rev. Lett.- 1975.- Vol. 35.- P. 1399.

32. В. В. Дмитриев, В. В. Завьялов, Д. Е. Змеев, Н. Малдерс // Письма в ЖЭТФ. 2004. - Т. 79. - С. 612.

33. V. V. Dmitriev, V. V. Zavjalov, D. Е. Zmeev // J. Low. Temp. Phys. -2005. Vol. 138. - P. 765.

34. А. С. Боровик-Романов, Ю. M. Буньков, В. В. Дмитриев и др. // ПТЭ. 1985. - Т. 3. - С. 185.

35. V. V. Dmitriev, I. V. Kosarev, D. V. Ponarin //J. Low Temp. Phys. — 1998.-Vol. 113.-P. 945.

36. D. C. Carless, H. E. Hall, J. R. Hook // J. Low Temp. Phys. 1983. — Vol. 50. - P. 605.

37. J. E. Baumgardner, D. Osheroff // Phys. Rev. Lett. 2004. - Vol. 93. -P. 155301.

38. H. Nakagawa, K. Obara, H. Yano et al. // J. Low. Temp. Phys. 2004. -Vol. 134. - P. 757.

39. H. Nakagawa, K. Obara, H. Yano et al. // J. Low. Temp. Phys. 2005. -Vol. 138. - P. 159.

40. Частное сообщение О. Исикавы (О. Ishikawa, Osaka City University).

41. Т. Hall, J. M. Parpia // Bull. Am. Phys. Soc.- 1989.- Vol. 34. P. 1197.42 43 [4445 464748 4950