Кинетика мюонов в квантовых жидкостях и кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

КРАСНОПЕРОВ Евгений Павлович

КИНЕТИКА МГООНОВ В КВАНТОВЫХ ЖИДКОСТЯХ И КРИСТАЛЛАХ

01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ч

На правах рукописи УДК 538.941;539.126.334.17

\

Москва—1997

Работа выполнена в Лаборатории физики низких температур Института Сверхпроводимости и Физики Твердого тела РНЦ КИ

Официальные оппоненты:

чл.-корр. РАН, доктор физ.-мат. наук Никольский Б.Н.

доктор физико-математических наук Межов-Дсглин Л.П.

доктор физико-математических наук Храпак А.Г.

Ведущая организация: ОИЯИ г.Дубна

Защита состоится " " 1997 года в часов

на зассдашш специализированного совета при РНЦ Курчатовски1 Институт по адресу: 123182, Москва, пл. Курчатова, 1;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ КИ.

Автореферат разослан " "_ 1997 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв ] одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь специализированного совета

М.Д.Скорохватов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследований.

Квантовые кристаллы н жидкости являются емиогочислешплмн, но широко исследуемыми объектами, [рнмененне метода мгоопноп спиновой релаксации (^Я) для их зученпя определ1Ш1 два основных мотива. С одной стороны ннкальность цБК. дает возможность решения таких бщефизнческих задач, как диффузия легкой заряженной (ц +) и ейтральной (Ми) частиц, определение локальных магнитных полей, с другой стороны в собственно шоонном методе имется круг роблем, например рекомбинация, решеипе которых в этих объектах редставлялось наиболее доказательным. Последнее связано с тем, что ногие параметры квантовых конденсатов (молярный объем, одвнжность зарядов, содержание магнитной примеси) легко можно зменять в широких пределах.

Характер взаимодействия мтоона с электроном в конце трека последующее формирование мюоння в конденсированной среде зляется одной из самых ранних, но до сих пор актуальной роблемоп метода (хБЛ. Определение конечного состояния мюона »стается ли он свободный или образует мюоннн) и изучение шетпки процесса рекомбипацпи являются существенным для шлиза взаимодействия мюона с окружением. Хотя и разработан ад теорий формирования мюоння, но они носят скорее писательный характер и не имеют предсказательной силы. Это шосится даже к средам со слабым взаимодействием, таким как идкий гелий, водород и неон, не говоря уже о химически сложных груктурах. Разлет мгаон- электронных пар и их рекомбинация ; поддавались экепдшментальнон проверке, и временная эволюция ормпрования мюоння непосредственно не наблюдалась, трицательпые результаты по поиску мюоння в жидком гелии шпелп к убеждению, что рекомбинационный механизм 5разовання Ми в инертных газах маловероятен, н главным >разом Ми образуется на горячей стадии в результате перезарядки.

Общефизическая проблема, которая до сих пор остается ггуалыюп - это попек подбарьерных процессов с участием ряженных частиц. Известно, что в металлах электроны юводимостн экранируют ц и благодаря этому мюон является локализованной частицей, которая слабо взаимодействует с шеткой. Согласно общему теоретическому подходу квантовые шеталлы являют собой наиболее благоприятную среду для классического, подбарьериого двнжеиня примесных частиц, здако, в твердом гелии положительно заряженная частица бычно это ион матрицы) за счет поляризационного притяжения формирует решетку, что снижает вероятность туннслировання и

приводит к самолокализацин частицы. В высокотсмпсратурн области движение примесных частиц вплоть до самых низк температур описывается активационным" законом. Пои туннельных процессов при движения легкой заряженной часпи (ц+ ) в квантовых кристаллах представляет исключительный шггер Важный аспект применения pSR в квантовых кристаллах связан изучением локального окружения мюона путем измерения флуктуац мапштных полей ядер.

Цель работы заключалась в следующем:

- методом nSR изучить процесс рекомбинации мюонов образованием шоония) в квантовых конденсированных средах, так как Не, Нг и Ne;

- исследование кинетики движения легкой заряженной частицы шоона в квантовых конденсатах и поиск подбарьерных процессо! них.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

1. Разработка криогенного оборудования для мюонн: исследований сверхтекучего гелия и других крнообъектов, как отечественных мюонных каналах ПИАФ РАН (Гатчина), ОШ (Дубна), так и на зарубежных ИПШ (Швейцария), с диапазон температур до 0,1К н возможностью исследований в сильн электрических полях.

2. Создание камер высокого давления для выращивания кристалл гелия, с тонким окном, проницаемым для поверхностных мюонов.

3. Изучение механизма мюонной деполяризации в квантов конденсатах (водород, гелии, неон) в нормальном и сверхтекуч состоянии (Не4 ), в жидкой и твердой фазах, при наличии прим ее и в широком диапазоне изменении молярного объема.

4. Использование внешнего электрического поля для разделен магнитных и электрических взаимодействий шоона.

Научная новизна исследований.

Разработано н изготовлено уникальное криогенное оборудован для мюонных исследований квантовых систем, таких к нормальный и сверхтекучий гелий, прн температурах до 0,1 К, п давлением до 120 бар и в электрических полях до 2 кВ/см.

Мюонные исследования сверхтекучего гелия привели •обнаружению в нем атома мюоння и впервые позволили не толь определить скорость формирования мюоння на ннзкоэнергачн стадии, но и эффективно се изменять.

Эксперименты с неоном показали, что мюоннн моя образовываться за счет электронов, инжектированных в зо

>водпмостн, и благода- ря их высокой подвижности, время эмирования Mu остается малым.

5 кристаллах Не3 обнаружено подавление скорости спинового lena атомов вблизи заряда.

Установлено, что ниже точки плавления температурная исимость скорости мюонной деполяризации не . согласуется с гивационным законом диффузии, а указывает на квантовый >актер движения мюона.

Обнаружен эффект в.эзрасташы скорости мюонной юляризации в твердом Не3 под действием электрического поля. Изучение твердых растворов изотопов гелия свидетельствует о [ещении вблизи заряда легкого изотопа Не3 более тяжелым Не4. Эксперименты с изотопами- водорода (Н2 , HD, D2 ) выявили цественное отличие деполяризации мюонной и мюониевой 1п0нснты. Скорость деполяризации мюониевой компоненты личивается с ростом величины ядерного мапштного момента, в время как деполяризация диамагнитной компоненты слабо исит от изотопного состава. Обнаружена деполяризация онного спина в. твердом параводороде, имеющим нулевой ктроннын и суммарный ядерный магшггные моменты.

Научная и практическая значимость работы.

Решена проблема образования шоония в одноатомных юсистемах (гелий, неон). Доказано, что скорость процесса эеделяется взаимной подвижностью частиц на низкоэнергичной дни.

Показано, что мюоний в диэлектриках может образовываться i рекомбинации с электроном, инжектированном в зону эводнмостн. .

Применение электрических полей в шоонном эксперименте ю возможность разделить электрические и магнитные нмоденствия шоона в изучаемых объектах. Этот метод Ьтал роко применяться при изучении диэлектриков и болегпрованиых полупроводников.

Противоречие между ;набшодаемыми в твердом ,Не3 имнческими эффектами мюонной спиновой релаксации и цепрнзнанной терней активационного движения заряженных ггиц стимулируют развитие физики взаимодействия легких вдов с квантовыми конденсатами. %

Слабая зависимость скорости релаксации от величины ядерного «.leirra изотопа водорода привела к созданию новой теории оннон деполяризации при переходе возбужденного нона Нг в ювное состояние.

Апробация работы. Материалы исследовании, изложенные : диссертации, докладывались и обсуждались на слсдующн: конференциях:

- 23-е Всесоюзное совещание по физике низких температур "Деполяризация шоонов в водороде, Доклады конференции НТ-23 Г-28, Таллин, 1984 ;

- 24-ая Международная конференция стран СЭВ по физике ] технике низких температур, 1985 г. Берлин. Г 7., стр 44, "Спннова: деполяризация мюонов в гелии-4".

- 24-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур. "С быстрой деполяризации шоонов в сверхтекучем гелии". Тезись докладов НТ-24 (Тбилиси, 1986) Часть 1. Г10, с. 21.

- Конференция стран СЭВ "ФНТ'2", Будапешт, 1987, О диффузш положительных шоонов в водороде. F3, с.З

- 25-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур Ленинград, 25 - 27 октября 1988 г, Тезисы докладов. Часть 2. Г 11, с 22-23. "Подавление мюонной релаксации в жидком гелии -< электрическим полем".

- International conference uons and Pions in atter, Dubna, 1987

- Гордоновская Международная конференция по проблеме водород; Oxnard, США, 1990 г.

- Y Международная pSR конференция, Оксфорд, Великобритания 1990 г.

- 26-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур. "Влияшк частоты переменного электрического поля на деполяризации мюонов в жидком гелии". Тезксы докладов, Донецк (1990), Часть 2 К 22, с. 48-49.,

- 29-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур, Казань 30 июня - 4 шоля 1992 г. Тезисы докладов. Часть 2, Г9 "Обнаружение мюоння в сверхтекучем гелии", Мауи (Гаван), 199г.

- III Международный симпозиум "Мюоны и пионы в веществе" Дубна, Октябрь, 1994

- 10 Международная конференция по сверхтонким взаимодействиям Бельгия, Леувен, Август, 1995 г. <

- YII Международная конференция по jiSR, Никко, Япония, 15-1S Апреля 1996 г.

15 Международная конференция отделения Физик! конденсированного состояния Европейского физического общества Бавено, Италия, 21-24 Апреля 1996 г. - YI Международная jiSF конференция. США

Структура диссертации и ос объем. Диссертация состоит из предисловия, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 163 стр. текста и

рисунка. Библиография включает 173 наименований, включая 'блнкацин автора по теме диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные 1боты, 1 находится в печати. Список публикаций приведен в конце [тореферата.

Основное содержание работы

В Предисловии очерчен круг интересных актульных проблем, юрмулированы цели исследований. Метод цБЯ представляет собой шичный эксперимент с заря>:<сшюй пробной частицей, который :шает такие задачи как: 1) магнитная структура окружения мюона, свойства возбуждений, вызывающих движение частицы нффузшо) и 3) взаимодействие 1) с 2). Анализ показывает, что оонный метод может быть информативным инструментом [учения сверхтекучести, кинетики зарядов, фермижидкостного тгпстпзма, обменного взаимодействия атомов вблизи заряда и др., со своей стороны, сами квантовые объекты, в первую очередь лнй, оказались идеальными для решения задач чисто мюонной [пики, например, образование атома мюония (Ми = ц.+ е-).

На начальной стадии предполагалось добавлять ядерно зпштную примесь (орто -Нг ) и 3Не и использовать диполь-шольное взаимодействие для определения кинетики мюона и гооиня. Последующие эксперименты с чистым пара- водородом и 1ерхтекучпм гелием выявили совершенно необычные процессы Ж1ксацнн мюонной поляризащш и продемонстрировали :рспектнвность применения метода рБЯ в исследованиях бозе- или грмн- конденсатов. В экспериментах с твердым Не3 обнаружен шын ряд особенностей взаимодействия заряженной частицы с битовым кристаллом, которые могут быть исследованы только юонным методом.

В первой главе кратко изложены основные принципы метода 313. н технические особенности шоонного эксперимента 9 мюобъектамн. Различные модификации метода рБК. [1,2] состоят в шеренин функции полярнза- цни мюонного спина, которая зависит г магнитпых взаимодействий. В случае электрических ¡аимодеиствий, обуславливающих химические реакции и жомбинацшо с образованием мюония, теряется половина элярнзацнн в результате сверхтонкой связи мюона с электронным шном.

Мюонные эксперименты проводились на обычных каналах и на шалах поверхностных мгоонов. При этом применялись как эаднционные методы регистрации, так и оригинальные. Квантовые мщенсаты имеют малую плотность и низкие температуры

существования. Для их исследований методом цБИ. был разработа широкий набор специализированной криогенной аппаратурь включающей обычные крностаты, рефрижераторы 3Не , растворени и специальные камеры высокого давления для выращивани кристаллов гелия. Отличительной особенностью разработанно методики явилась возможность проводить эксперименты в сильно] электрическом поле.

Для спектрометра "Мюоний" (ПИЯФ, Гатчина) разработа простейший криостат с открытой мишенью, в котором камер образца (криообъекгов) является составной частью криостат* Регистрирующие сцинтилляторы располагались снаружи криостат по традиционной схеме. В этой конструкции из-за больн1ог числа остановок мюонов в стенках при нахождении параметре функции поляризации мюонов; в образце возникает заметна систематическая ошибка, которую трудно устранить на стада обработки.

Существенным шагом на пути уменьшения паразитных останово мюонов вне образца, явилось создание охлаждаемо

регистрирующей системы, в которой сцинтилляторы располагаютс в вакуумной рубашке криостата. Разработаная модульна конструкция дала возможность использовать единут регистрирующую систему с различными типами криосгатов, вкгаоча рефрижератор с откачкой Не. Преимущества охлаждаемо регистрирующей системы особенно наглядно проявились пр измерении малых скоростей релаксации.

Для экспериментов на поверхностном мюонном пучке (РБ Швейцария) изготовлен криостат с откачкой 3Не, которы обеспечивает охлаждение образца сверхтекучего гелия д температуры 0.45 К. Для достижения сверхнизких температу (75мК) применен компактный рефрижератор растворения. Камер образца укреплялась на медном хладопроводе, впаянном в дно камер] растворения. Стартовый счсгчш'с размещался в 8 мм перед окно; мишени на экране, имеющем температуру 1К.

Твердый гелий существует лишь под давлением, и дл выращивания его кристаллов изготовлена камера из бронзы. Окн камеры заклеивалось предварительно деформированной титаново фольгой, толщиной 0,1 мм, которая изолировалась от корпуса 5 мкм каптоном. Металлическое окно служило одним элсктродо;. другой электрод из медной фольги располагался у камеры. Давлены (до 130 бар) создавалось газификатором, заполнеинье активированным углем и погружаемым в транспортный гелиевы сосуд. Кристаллы гелия выращивались в условиях постояшюг давления (5Р<0.05 бар) при градиенте температуры не выше 0,05К.

В последнем параграфе главы 1 описано оборудование для чистки водорода, его конверсии и ожижения с помощью жидкого глия.

Глава 2 посвящена изучению рекомбинации мюонов в онденсироватюм гелии. Безуспешные попытки [3] обнаружить рецессию спина мгооиня Ми в газообразном и жидком 4Не до емпературы 2 К привели к убеждешпо, что мюоний не образуется следствие большого потенциала ионизации 4Не (Ei = 25,5 эВ) по равнению с энергией связи шоония (Ei = 13,5 эВ). В §2.1 нализируются существующие модели формирования шоония: модель горячего атома" (hot atom) [4] и "трековая" или радиолизная модель >]. Модель горячего атома,: развитая в основном для газов, рсдполагает, что мюоний образуется в результате перезарядки до ого, как продукты реакции придут в термодинамическое авновесие.

В конденсированной среде, из-за большого числа столкновений ак парных, так и тройных, время жизни возбужденного мюония, олученного сразу после перезарядки, только в редких случаях может ыть большим, и модель горячего атома вряд ли реализуется. Для бъяснення результатов ^iSR в жидкостях, и прежде всего в воде, ыла предложена альтернативная, радиолизная модель [5]. Согласно гой модели мгоон на последней стадии торможения создает ольшое число ионов, возбужденных атомов, электронов и адикалов, с которыми свободный мюон на стадии тепловой елаксацнн вступают в различные химические реакции, одной из оторых является образование шоония. Надежным аргументом в ользу трековой модели могло бы быть влияние электрического оля, изменяющего кинеппсу заряженных частиц. Однако в азличных гндрокарбонатах и в .плавленном кварце в полях до Е = 20 В/см не было обнаружено уменьшение мюониевой фракции [6]. Это бстоятельство рассматривалось противниками трековой модели в ачестве сильного контраргумента.

Мюонные эксперименты с жидким гелием, выполненные на( скорнтеле ЛИЯФ в криостате с открытой мишенью, изложены в 2.2. Они выявили затухание мюонной прецесии, скорость которой езко возрастала при снижении температуры сверхтекучего эстоянпя. При апрокснмацин гистограмм двумя экспонентами, в зерхтекучем гелии видна быстрая компонента релаксации, симметрия которой - А г растет с понижением температуры. 1ожно было предположить, что деполяризация происходит в езультате взаимодействие диффундирующего шоона с частицами :о собственного трека, имеющими магнитный момент: сгектронамн или возбужденными атомами. Благодаря большому

времени жизни пара-гелия (2.10-2 с) и орто-гелия ( 103 с) последи! могли бы объяснить наблюдаемую зависимость 1(Т).

В §2.3 изложены мюонныс эксперименты с электрически полем, поставленные с целыо выяснить, какие частицы (заряженш или нейтральные) отвественны за шоонную релаксацш . Электрическое поле слабо изменяет взаимодействие положнтелы заряженного шоона с нейтральными частицами- в меру отношеш дрейфовой скорости к тепловой. Взаимодействие же шоона электроном ослабляется в меру отношения внешнего поля к i кулоновскому притяжению (кроме редкого, выделенного случа когда поле направлено строго вдоль линии сближения частиц). Зада1 о рекомбн- нации ионов во внешнеме электрическом по; рассматривал еще Онзагср, который показал, что поле снижа скорость рекомбинации и количество свободных ионов раст линейно с величиной поля.

Приложение электрического поля при всех температур: приводило к уменыленшо скорости релаксации- X. В частности, сверхтекучем гелии при Т=2 К скорость релаксации уменьшалась 0.128 мке до 0.032 мке в поле 6 kB/см. Подавление релакеащ электрическим полем свидетельствует о том, в жидком гел\ мюоиная релаксация обусловлена отрицательными частицам электорлами. Потеря поляризации происходит при рекомбинащ мюона и электрона с образованием мюония. Характерное по подавления релаксации даст оценку расстояния между электроном шооном г= Ve IE = 10 -5 см.

Простейшая модель мюонной деполяризации обсуждается §2.4. Рассматривается уеднпеная пара е- и р+, причем на низк энергичном уровне электроны образуют "пузыри", а мюоны поляризационные "льдышкн" с эффективной массой 200 и атомов гелия, соответственно [7]. Взаимодействие мюона электроном принимается чисто кулоновским, полагая, что naj достаточно удалена от остальных частиц трека. Под действн притяжения частицы сближаются друг с другом, и процс образования шооння завершается рекомбинацией "пузыря" "льдышки". с потерей половины поляризации. При низк температурах начальные расстояния между шорном и элсктрот (г < Ю-5 см) оказывается значительно меньше, чем длина Онзагс гс =е2/кТ=10"3 см, так что движение носит дрейфовый характер траектория имеет вод R 3 = г3 - 3ebt, где b = b++ b. суммарн подвижность. Для симметричной трехмерной гауссовой функц мюоиная поляризации выражается через интеграл ошибок

P(t) = 1 + И -¡к . х ехр(-х2) - сгГ(х) (1)

;е х = (ЗЬсО,/3 А , а Д- ширима пространственного распределения рядов. Выражение (1) качественно согласуются с экспериментом ¡лизи сверхтекучего перехода и дает параметр А=6,5.10-5 см.

В случае, когда ц. - е пара находится во внешнем электрическом >лс, существует критическая траектория начальных условий

г 2 = с/Е. Со*-* (0/2) (2)

гутрн этой "параболы" частицы рскомбинируют, а вне се -обегаются.

Эксперименты с однородным электрическим полем показали, :о распределение не является центральноснмметричным. Чтобы 1Йти его параметры, на ЭВМ вычислялось время движения по >аскторням, которые заканчивались рекомбинацией (Я -> 0). 1тем модельные гистограммы сравнивались с экспериментом, осле этого изменялись параметры распределения, и процедура )вторялась до тех пор, пока не достигалось наилучшего согласия с :спернмснтом. Такая процедура дает хорошее описание мпературной ЦТ) н полевой к(Е) зависимостей с единственным фаметром -подвижность (до Ь<10 см /В.с, Т>1К).

С точки зрения изучения кинетики зарядов весьма швлекательными представляются высокочастотные измеренияи, юбенно, эксперименты с применением импульсного электрического )ля, включаемого с зaдq)жкcч по времени после влета мюона в 1шень. Подобная синхронизация технически представляет 1рсделенные трудности, т.к. требуется вкюченпе поля порядка'сотсн >льт с фронтом короче 0,1 мкс.:

В §2.5 описан демонстрационный эксперимент, в котором шменялось высокочастотное, не синхронизованное со влетами оопов, электрическое поле частотой до 1 Мгц. Было изучено шянне частоты поля на скорость релаксации при температуре-= 1,6 К. В области ннфранизких частот, когда период колебаний )льше времени измерений- Т8 , шооны случайным образом шределены в интервале полей от нуля до Е0 8т(2лГ Т8 ). Здесь Я. ■1сет резкий подъем, который переходит в плато, т.к. ггеграл [Е0 /Би^лЙ/сИ = Еа /2 не зависит от Г. Когда же период шебаний сравнивается с характерным временем движения 'по >аекторнн, направление движения частиц меняется с изменением травления поля, и X вновь начинает расти. Наконец, прн очень )льших частотах внешнее' поле вызывает лишь относительное южанне частиц, и изменение ее скорости за период поля 5у= ЬЕ/Г ановится малым. В результате на высоких • частотах скорость оонной релаксации такая же, -<ак в отсутствии поля. Несмотря на |убость модели уединенной рл - е пары, она хорошо описывает :спернментальную зависимость Х({).

Зная начальные расстояния А между электроном и мюоном, мож1 легко оценить время образования шооши в сверхтекучем гели приняв для оценок скорость движения зарядов равной крнтнческс скорости Ландау vl = 50 м/с. Это время оказывается достаточ1 малым т=ДМ. =10нс, чтобы наблюдать спиновую прецесси свободного Ми в слабом магнитном поле. Эксперимент обнаружь сигнал прецессии спина Ми с наибольшей амплитудой при температур 0.7 К.

Изучешпо параметров сигнала прецессии посвящен §2.6. Ь гистограмме прецессии (для счетчика вдоль начальной поляризаци видны два процесса с примерно равными асимметриям Быстрозатухающий пик в начальный момент времени вызвг формированием сш1глстнои к омпоненты мюош1я. Затем в слабс поперечном поле наступает п;:ецессия стша триплетного мюонн Асимметрии обеих компонент примерно равны (Ai = 0.09; At = 0.1( т.к. шооний с равной вероятностью образуется в состоянии нулевым спином, и в состоянии, когда спины шоона и элсктро! направлены в одну сторону- триплстное состояние.

Некоррелированные задержки в образовании Ми сбивают фа прецессии ансамбля спинов, и чем выше магнитное поле, тем меньш доля спинового ансамбля когерентно прецесснрует. В раднолизн» модели [5] процесс образования Ми описывается кннетичсск! уравнением первого порядка, которое предполагает случайш процесс рекомбинации электрон- мюонной пары при нснзмсши временной и пространственной плотности электронов. В этой моде, скорость dn/dt = -п/т с является постоянной и, соответственно n(t) P(t) являются экспонентами. Согласно теории амплитуда прецеса Ми уменьшается с полем как

AMu = Ао (1 + со2 Те2:)'"2 (3)

Экспериментальная зависимость А ми (Н) заметно отличается (3). Это указывает на то, что ¡в случае гелия предположение случайности процесса образования Ми не оправдано. Приближен гистограммы двумя экспонентами (для быстрой и медленной час рекомбинации) даст существенно лучшее приближение полев зависимости A Mu (Н).

Формально метод nSR дасг возможность определить функщ пространствешюго распределения ц - е пар W(r) из выражения т> числа образовавшихся атомов Ми

n(t)= 8:icbW(r) , (4)

где следует исключить время t, решая уравнение сближен зарядов. Функцию n(t) можно также восстановить обратш преобразованием Фурье, используя экспериментальные зависимое

: магнитного поля амплитуды -А(со) и фазы -ф(со) прсцесин спина ооння. Однако, из-за отсутствия знаний об истинном потенциале анмоденствня мхоона с треком, подобные расчеты вряд ли имеют )льшую ценность, чем оценки гауссового распределения с шоновскнм взаимодействием.

Температурные особенности формирования Ми изложены в 1.1. Измерения асимметрии мюоння выполнялись в слабом шеречном поле Нх = 0,4 Гс, которое позволяет регистрировать :омы Ми, сформировавшиеся за времена меньше 10-7 с. На рис. 1 юбражена температурная зависимость асимметрии мюоння в хстых 4Не и 3Не, а также в растворе 4Не + 0,2 % 3Не.

0.2

0.7

1.2

1.7

2.2

Т. К

2.7

не. 1 Температурная зависимость асимметрии прецессии мюоння в идком гелии: (и')- чистый 4Не, в рамке фрагмент макснума; (-•-)-а створ 4Не + 0.2% 3Не; ( А ) - чистый 3Не.

При высоких, температурах как в чистых жидкостях, так и'в астворс Ами мало. Подвижность зарядов в нормальном 4Не, в зстворе п в 3Не относительно низкая, и наиболее длительным 5лястся сближение частиц. Время вязкого сближения зарядов в /лоновском поле равно I = г3 /ЗЬе, и только ближайшие элсктрон-юонные пары сближаются за время формирования рецссснрующсй части спскт^ш, поэтому амплитуда мюоииевой ракции мала.

Подвижность зарядов в 3Не слабо зависит от температуры, и :нмметрия мюоння в нем меняется незначительно. Ами в 3Не ниже, :м в нормальном 4Нс, хотя взаимные подвижности зарядов

практически одинаковы Ь=Ь+ +Ь. =0.08 см3 /В.с при Т=2,5К [б Качественно это различие связано с тем, что время формирована зависит от среднеквадратичного расстояние, на которое удалите шоон после последнего акта ионизации 1« (О/а так чт

асимметрия шоонпя при вязкой гашетике

Ами« т-1 ос Ь(ст/П) 5(т/М)з/2 (5)

где Л - молярный объем, а- сечение упругого рассеяния ш- масс мюона, М- масса гелия. Отношение аплитуд, вычисленных по (5) А4 Аз =2,1 хорошо согласуется с экспериментальным значением, равны 2,5.

В сверхтекучей области АМи увеличивается с понижение; температуры из-за экспоненциального роста подвижности зарядо! При Т = 0,7 К благодаря быстрой кинетике практически вс шооны связываются с электронами. При более низких температура в чистом 4Не и в слабом растворе функциональные зависимост АМи(Т) существенно различаются. В Не наблюдается максимум, а растворе асимметрия выходит на плато. Максимум на зависимост Ал^(Т) в чистом гелии связан с замедлением (в среднем по времен! формирования Ми в условиях продолжающегося роста подвнжност зарядов. Так, при Т < 0,6К подвижность Ь > 103 см2 /В.с, и врем установления скорости туСт = Ь.М/е > 2. Ю-7 с. Это означает, чт если мюонная "льдышка" имеет скорость порядка скорости Ландау V и ее кинетическая энергия Му2ь /2 больше потенциальной с2 / (последнее условие выполняется для г > 5. Ю-5 см), то релаксацн скорости произойдет на расстояниях 1 = v ь. туст = Ю-3 см > г. Пр: термализации после снижения скорости до v частица не сраз начинает падать на центр, а.. продолжает движение в случайно: направлении, хотя и в присутствии кулоновского притяжения центру. Такой процесс приводит к размытию эффектнвног распределения мюонов и увеличивает среднее время сближения з счет "баллистического" движения частиц при v < уь, что, в сво! очередь, уменьшает амплитуду мюонневой прецессии. Волыни значения I выводят траектории за радиус Онзагера и уменьшаю вероятность рекомбинации. Эксперименты с электрическим поле; (§2.8) подтверждают размытие электрон- мюонного распределения.

В §2.8 изложено влияние внешнего электрического поля и формирование мюоння. Из этих экспериментов получены данные ' взаимном пространственном распределении электрон- мюонных па] на конце трека. На рис. 2 показаны зависимости амплитуда прецессии мюоння в растворе (верхняя кривая, Т=0,5К) и в чисто! гелии (нижняя кривая, Т=0,7К) от величины и направлен!! электрического поля. Положительное направление Е выбрано вдол

«пульса пучка мюопов. Несимметричное влияние внешнего поля пщегепьегвуег об анизотропном пространственном распределении гсктрон- мюонных пар: максимум мюонпой плотности тюсителъпо электронов сдвинут вперед по пучку.

Несимметричность распределения - с" пар приводит к нтересному эффекту в нормальном гелии, где характерное время икого сближения зарядов составляет I = Я3 /ЗЬе* - Ю-' с. В этом 1учае растягивающее электрическое поле (вдоль мюошюго пучка) зеличивает время сближения, а в

А ми

не 2 Влияние электрического поля на амплитуду мюоштевой рецессии: -ш-жидкий 4Не (Т=0,7К); -Л- 4Не (Т=2,24К); -□- 4Не + ,2%3Не (Т=0,5К).

Злижающсе поле- уменьшает. Поэтому положительное поле шжает амплитуду А ш , а отрицательное шшцнируст образование

юоння (-Д- на рис. 2).

Подвижность зарядов в сверхтекучем гелии (Т -> 0) ограничена римесным рассеянием, и в растворе она (при Т=0,5К) почти в 100 аз ниже, чем в чистом. Это приводит к том, что время термализацни фядовв чистом 4Не удлиняется, и увеличиваются расстояния, с эторых начинается процесс сближения ц - е пар. Соответственно гастрические поля подавления рекомбинации в чистом 4Не называются меньшими, как это видно из зависимости Х(Е) на рис.

"Разбухание" распределения \У(г) объясняет снижение Аш в летом 4Не сростом подвижности.

Экстремально большая с;:симасмость гелия = 4% / атм позволила впервые в конденсированой среде исследовать кинетик формирования шоония при ¡изменении молярного объема. Эт эксперименты описаны в §2.9. Рекомбинационная скорост деполяризации в изотопах гелия ( Не- нормальный) имеет разны характер зависимостей от давления. В Не зависимость Ц1 является немонотошюй, и при Р=30 атм наблюдается максимук который связан с немонотонной зависимостью подвнжност электронов (Ь.) от давления.

Прн равенстве молярных объемов (03 =£1) = 27 см3 / мош скорости деполяризации в обеих изотопах одинаковы. В эти условиях зависимости деполяризации от величины и направлепи электрического поля Я(£) удивительным образом совпадают пределах точности измерений. Отсюда следует, что функци распределения р. - е пар совпадают с точностью до отношени подвижности зарядов Ь3 /Ь4 = (4/3)3/4 . (а3 /ст4 )3. К сожалению, и удалось найти экспериментальные данные по подвижности, чтоб] проверить это соотношение.

В завершении §2.9. описаны эксперименты по поиску шоония твердом гелии. Установлено, что в кристаллическом состоянии Ал обращается в ноль, а мюонная компоненты прецессирус практически без затухания1 (/. = 0.002(2) мкс). Этот результа объясняется снижением подвижности зарядов в твердом гелии на порядков до значения Ь< Ю-5 см2/В.с , так что время образован! шоония хМи > 1(И с становится ! ненабгаодаемо большим. Отсутспи рекомбннационного механизма деполяризации в твердом гели оказалось весьма благоприятным прн изучении твердого 3Н исследованиям которого посвящена Гл. 4.

В последнем §2.10 обсуждаются некоторые аспекты применен! рЖ в гелии. К ним относится возможность получения пучке "холодных" атомов Ми и ц. + , при подбарьерном выхо; последних из жидкого гелия. Перспективным может оказать« использование цБЯ для изучения сверхтекучести в капилярах и полостях типа Уког, где по скорости рекомбинации можг определить подвижность зарядог..

С целью выяснения общности обнаруженного в гелии процес« формирования Ми был исследован неон (Глава 3). В жидком нео! электрон локализован в "пузыре", а потому имеет низку подвижность Ь. =1,6 ЛО"3 см2 /В.с. В кристаллическом состоят инжектированный электрон ' движется в зоне проводимости подвижностью Ь- = 600 см2 /В.с, такой же как в сверхтекучем гели Кинетика формирования мюония в конденсированном неоне, как в гелии, определяется подвижностью зарядов, с тем лишь отличие:

[то для сверхтекучего гелия определяющим является подвижность юложительно заряженного мюона, а в твердом неоне- электронов -река, инжектировашндх в зону проводимости. Мюониевая фракция в гвердом неоне (при Н=8гс) составляет А Ми =80±5%, а мюонная Ан = >0%. При плавлении неона парамапштная (мюониевая) фракция >езко снижается до А ш - 20%, а диамагнитная, ссгествешю, юзрастает и составляет Аи = 70%. Недостающие 10%, ¡азываемые обычно "потерянной фракцией", связаны с медленным )бразованием шоония.

Характерные электрические поля подавления мюонпя в № тримерно на порядок больше, чем в гелии, что соответствует .1еныпнму разлету электрон- мюонных пар в неоне. Мюонная шотность по отношеншо к электронной смещена вперед по пучку на расстояние

И-т =0,4 .Ю-5 см. Несмотря на высокую подвижность, движение шектрона в твердом Ие носит "вязкостный" характер, по причине этсутствия присоеднненой массы и короткого времени установления жоростн. Благодаря этому простейшая модель §2.4 дает хорошее эписание формирования Ми в ковденс1фовашюм №.

Таким образом, при нспользовашш фушщии мюонной релаксации для анализа диффузионных процессов в конденсированных средах, следует учитывать не только магнитные вдерные диполь- дппольные взаимодействия, но также процессы рекомбинации с образованием мюоння.

Глава 4 посвящена нзученгао методом цБИ. кинетики легкой заряженной примеси (ц +) в твердом Не и флуктуации магнитного поля вблизи него. В §4.1 сформулированы некоторые проблемы кинетики примесей в квантовых кристаллах. Несмотря на" квантовую природу твердого гелия, движение заряженных частиц в нем носит актнвациониый характер по причине необходимости перемещения большой эффективной массы. Схожесть законов диффузии заряженных и нейтральных частиц вблизи точки плавления позволяет говорить1 об универсальности механизма движения примесей в твердом гелнн. Благодаря высокой скорости туннелировання вакансий (10й гц), перемещение примесных частиц в квантовых кристаллах, во всяком случае при высоких температурах, происходит за счет перетекания вакансий [8].

В области низких температур концентрация тепловых вакансий становится малой, н кинетика как примесных частиц, так н собственно атомов гелия (самоднффузия) определяются специфическими свойствами квантовых кристаллов: коллективным взаимным туннелнровагаюм атомов гелия. Целью цБЯ экспериментов являлось изучение кинетики положительно заряженного мюона и поиск подбарьерных процессов.

В §4.2 описаны эксперименты с твердым Не. Зависимость скорости поперечной релаксации X от температуры носит немонотонный харакщ) (Рнс. 3). С понижением температуры 1 уменьшается, проходит через минимум, а затем резко возрастает ((11п1М1пТ<-5), имея тенденцию к насыщению при низких температурах. В кристаллах "Не, как говорилось, деполяризация отсутствует. Это дает основание заключить, что мюонная релаксация в твердом Не возникает только за счет магнитного диполь- диполыюго взаимодействия мюона и ядер, и побочные эффекты типа рекомбинационной релаксации или электронного спинового обмена в треке отсутствуют. ^

-1.2 -0.8 -0.4

0.4 0.8 Е. кУ/ст

Рис 3 Скорость поперечной релаксации в твердом гелии:

' 3Не(Р=52бар),Е=0; -р- 3Не (Р =52 бар), Е=1,7кВ/см с -Д- смесь 40% 3Не + 60% " Не, (Р = 52 бар)

Скорость машито- диполыюй релаксации мюонного спина (как'* ЯМР) определяется дисперсией магнитного поля умноженной нг гиромагнитное отношение мюона с=у.Н!ос и временем измененш спиновой конфигурации -т. Е квантовом кристалле, очевидно, 1 может изменяться как за счет движения собствешю шоона, так и зг счет спинового обмена окружающих атомов. Если шоог диффундирует по междоузлиям жесткой решетки, то можне ожидать, что скорость релаксации в смеси снижаете? пропорционально концентрации спинов (X ж с2,« N шз ), поскольку корреляционное время вряд ли становится короче. Эксперимент ж< показал, что в кристалле, содержащем 40% 3Не и 60% "Не (при Рт =

>2 бар), скорость деполяризации весьма мала (-Д- на рис.3). Этот >ффект объясняется изотопным замещением атомов вблизи мюона. Зследствне градиента давлении вблизи заряда, атомы 4Не , как снимающие меньший объем (Г.Ц < П3 ), замещают атомы 3Не , $ытесняя их за пределы первой координационной сферы. При этом зыигрыш энергии составляет 8Е =Р. (Q3 - О,). Ниже мы увидим, что юкальное давление не превышает Р=70 бар. При таком давлении в тересчете на атом 5Е=2 К, а | энергия полярона Е=20К. Малый масштаб энергии связи допускает как динамику собственно мюона три высоких температурах, так и спиновый обмен атомов 3Не в юкалнзованном поляроне при Низких, где скорость деполяризации 5Ыходит на плато 1. ,

В обычных кристаллах дйсперсия поля растет с уменьшением .юлярного объема, как ст ос С»"1 (Van Vleck). В твердом гелии шзкотемпературные значения X а (при Т<0.3К) немонотонно швисят от П. С уменьшением молярного объема Л 0 снижается], достигает минимума при Рт = 65 бар, а затем резко возрастает. Немонотонный характер зависимости >.C(Q) объясняется {¡луктуациямн локального поля благодаря спиновому обмену.

Сравнение с ЯМР показывает, что вблизи положительно наряженного мюона в твердом гелии скорость магнитных флуктуации существенно ниже по сравнению с невозмущенной решеткой, в частности, для кристаллов с Pmi <35 бар она оказываются по крайней viepe в 100 раз ниже. Уменьшение скорости флуктуацнй магнитного толя на мюонс связано с локальным сжатием решетки вблизи $аряженной примеси, которое снижает обменный интеграл J. Пока токальное давление (вблизи мюона) значительно выше лежкрнсталлического, возможен обмен только между ближайшими к . viioony атомов 3Не. С ростом внешнего давления увеличивается вероятность обмена ближайших атомов с атомами в следующей координатной сфере. Прн 'равенстве давлений У. достигает минимума, н затем возрастает из-за резкого снижения обменного штеграла (J~ Q.18 20 ). |

Изучение магнетополевых зависимостей Х(Н) и их анализ Но известным выражениям для функции поляризации [9] позволил эпределнть величину*а и скорость изменений поля т. Оказалось, ito т слабо изменяется с температурой, а десятшфатные вменения скорости релаксации обусловлены, изменениями :реднего модуля локального поля на мюоне. Такой результат радикально отличается от традиционной модели, приписывающей изменения скорости релаксации изменению частоты жачков шоона v=t' при | постоянном значении c=const. Наблюдаемый механизм динамического сужения объясняется тем, ito в начальный момент тЬрмалнзованный мюон оказывается в

междоузлии, поскольку число тепловых вакансий экспоненциально мало. При высоких температурах благодаря высокой подвижности вакансий полярон занимает вакантный узел, так что часть времени шоон проводит в меньшем поле.<

О связи вакансий с перемещением шоона (полярона) говорит тот факт, что отношение энергии активации сУ к температуре Т* , при которой значение Я. начинает резко возрастать, сохраняется примерно одинаковым ( сУ ГТ* = 9.5) во всей области изменения молярных объемов.. Это означает, что концентрации вакансий в различных кристаллах при Т=Т* одинаковы с хорошей точностью и равны х=Хо ехр(-еу/Т*) = 1018 см*3 = 5.10-5 ат1 . Используя значение коэффициента диффузии вакансий Бу = 10-4 см2 /с, [10], легко оценить время захвата диффундирующей вакансии тУ = 2.10-8 с, за которое полярон переместится из междоузлия в вакантный узел. С другой стороны, в области плато время захвата вакансии на 2-3 порядка длиннее, так что при низких температурах мюон остается е междоузлии в течение своей жизни.

Хотя наклон (с11пШ1пТ<-5) является большой, но из-за малого диапазона изменений X и наличия обменных эффектов утверждать об экспоненциальном характере ЦТ) говорить преждевременно. Не исключено, что н качество кристалла играет не последнюю роль, растягивая температурный интервал вакансионого захвата.

Положительная производная1 сШс1Т>0 (вблизи Т™) качественнс не согласуется с актнвационным законом для диффузии положительных зарядов, который предсказывает экспопснциальныГ рост Я. в кристаллическом гелии. Наличие минимума свидетельствует о том, что в области температур от Тпл до Т* мюон остаетс* относительно свободным, поскольку локальное' поле на нем изменяется за более короткое время, чем ожидаемый перескок примесной заряженной частицы в рамках вакансноннон модели [8].

Минимум скорости деполяризации обычно возникает пр! двухфононном подбарьерном процессе [8,11], когда частиц; туннелирующая между двумя соседними положениями, имеез статический сбой уровней е5 = 106 . © .(Ттш /0)9 где 0- температура Дебая. Вычисленная по теории! 5г = 10^ - Ю-5 К оказывается на 2 порядка меньше, чем сбой уровней за счет электрического поля трек: 8с = с.Е.а = 0,1К. Серьезным 'возражением против применимоетт теории [11] является постоянство времени ожидания псрескокг т(Т)—сопб! на левой ветви релаксационной зависимости рис.3 I рост скорости релакеащш в электрическом поле, о чем речх пойдет шше. Таким образом, вопрос о причине возрастания У вблизи плавления кристаллов остается открытым.

В §4.3 обсуждается эффект возрастания скорости релаксации пос дейстаиш электрического поля. На рис. 3 приведены зависимости ЦТ

з нулевом электрическом поле (-.-) и поле Е=1,7 кВ/см (-р-). При Г=0,37К скорость релаксации возрастает в на 25% ! С увеличением температуры влияние поля ослабевает, и выше 1К изменения X тсжат в пределах точности измерений.

Обнаруженный в твердом 3Не эффект имеет совершенно иную природу нежели в жидком гслг.и и ко1щенс1фованном неоне и не связан с формированием шоония. Электрическое поле Е = 1-2 кВ/см вряд ли может изменить коэффициент диффузии мюона или проницаемость туннельного барьера. С другой стороны, такое поле создает локальное давление 5Р=еЕ/а2 =3 бар, которое вызывает одноосную деформацию ближайшего окружения и снижает его симметрию. В этом случае снижается число эквивалентных соседей, соответствешю, падает вероятность спинового обмена атомов, и X растет. Оценка эффекта с учетом зависимости обменного интеграла от молярного объема согласуется с экспериментом.

В главе 5 освещены результаты изучения механизма мюонной деполяризации в водороде и его изотопах. Квантовость водорода проявляется во вращательных степенях свободы. Параметр де-Бура для нулевых либрации у Ш самый большой и почти на порядок выше, чем у ближайшей молекулы СШ . Согласно измерениям подвижности. [12] энергии активации для зарядов и орто-примесн близки (Л = 200 К) и равны удвоенной энергии связи молекул в кристалле, что говорит о вакансионном (как и в гелии) механизме трансляционного движения в области термоактивационой диффузии (вблизи температуры плавлешш).

Необходимым шагом I в применении метода pSR для . исследований водорода (например, диффузии ) является

изучение механизма деполяризации в нем (§5.2) и его изотопах HD и D: (§5.3). Эксперименты показали, что скорость деполяризации слабо изменяется в низких температурах (Т<5К). При этом скорость релаксации мюописвой компоненты увеличивается с ростом величины ядерного магнитного момента изотопа, в то время- как деполяризация диамагнитной компоненты (р. +) слабо зависит от изотопного состава, хотя ядерные моменты отличаются в 3 раза, как это видно из рис. 4. Этот результат не согласуется с моделью диполь-дипольного взаимодействия мюона и ядер.

X, ¡¿сек 0.15

0.10

0.05

0.00

но п-Н2

02 ф Ф

ф Ф

Р-Н2 ф -1-

6 N. д,

Рис.4 Скорость поперечной релаксации в изотопах водорода при Т=5К. По оси X отложено число ядерных магнетонов.

С уменьшением содержания ядерно- магнитных молекул орто-Н скорость релаксации снижается, но не обращается в нуль в р-Н как можно было ожидать для свободного мюона в системе с J=0. Вычисления показывают, что в образцах содержащих более 10°/ 0-Н2 скорость деполяризации ниже, чем можно ожидать для мюона локализованного вблизи узла решетки, а для пара- водорода он;] катастрофически выше ожидаемой.

Мюонная дсполяризацн в твердом пара-водороде не связана, по видимому, с формированием Ми, поскольку подвижности зарядов ш порядок ниже, чем в тв^>дом 4Не, и рскомбинациопиа* деполяризация ненаблюдасма.

Первоначально теоретические модели деполяризации в пара-водороде строились в предположении образования стабильного молекулярного • иона Н2Ц.+ и магнитного днполыюге внутримолекулярного взаимодействия мюона с протонами [13] Подобно тому, как для трех связанных протонных спннов спектр ЯМР имеет два сателнта, симметричных основной частоте совершенно аналогичная картина получалась для мюонногс спектра комплекса .

Анализ Фурье показал, что спектр прецессии цБИ. во всех случаям содержит одну лишпо, и с точностью до 1) (по амплитуде] боковые сателнты отсутствуют. Наблюдение одиночной шиши объяснялось тем, что в результате "нежесткого" закрепления иона в решетке происходят случайные вращения, которые размывают структуру спектра, оставляя центральную лишпо, уширенную за счет мсжмолскулярных взаимодействий. Быстрая поворотная

лффузия объясняла слабую мю::шую деполяризацию в жидкости, но дя твердой фазы она сомнительна.

Наконец отметим, что локальное магнитное поле протонов на тооне в ионе Нгц+ должно вызывать прецессию спина шоона в тсутствии внешнего поля, точно также как для ЯМР протонов в рто- водороде. В эксперименте же частота мюонной прецессии инейна по магнитному полю в диапазоне 7-300 гс, и никакой рецессии не наблюдалось в нулевом внешнем поле ни в чистом р-Н , [И в смеси.

Слабая изотопическая зависимость скорости релаксации привела : идее медленного образования нона Шц+ и деполяризащш сшит ноона благодаря взанмодействшо электрического дииолыюго юмента иона с решеткой при условии связи спин-вращение в ионе 14]. Выводы теории изложены в §5.4. Численные расчеты ;ероятности перехода между различными состояниями иона во тором порядке теории возбуждения показали, что в результате :аскада переходов ион оказывается в долго живущих (10-6 - 105 с) остояниях с ненулевым вращательным моментом Ь. В этих остояниях отлично от нуля сверхтонкое взаимодействие 1агннтного момента мюона с магнитным полем орбитального цшження зарядов (спин- вращение, Уьб ), которое связывает фащательный момент иона'(¡и спин шоона и сохраняет их уммарный момент Благодаря этому скорость

'переворота" спина оказывается зависящей от вращательного :остояння иона и от величины внешнего магнитного поля. Таким эбразом скорость мюонной деполяризации определяется скоростью 1ерехода иона из возбужденного состояния в нижнее! Поскольку во папмодействнн V основная константа практически одинакова для юпов Нгц+ , 02ц+ и НЭц* , то этим объясняется слабая зависимость* хеполяризации от величины ядерного магнитного момента.

В Заключении сформулированы основные результаты работы: !. Разработан и изготовлен широкий класс криостатов и рефрижераторов Дня мюонных исследований криожидкостей и српокрпсталлов до температур 0,1 К. Данное оборудование лредназначено для экспериментов как на обычных мюонных <аналах, так и на поверхностных пучках с общим вакуумом лоонного тракта н мишени. Применение электрических полей позволило отделить рскомбинационные эффекты от магнитной шпольной релаксации, что открыло новые возможности метода цБЯ. 2. Оригинальная камера- мишень для работы с конденсированными :редамн под давлением до 130'атм и в электрических полях до 2кВ/см дала возможность | впервые выполнить мюонные эксперименты на квантовых крнсталлах гелия в широком диапазоне молярных объемов.

3. Обнаружено затухание мюонной прсцесии в сверхтекучем 4Н< которое как установлено, подавляется электрическим поле» Показано, что наблюдаемая релаксация обусловлена рекомбннацие шоона с электроном. 3 предположении кулоиовског взаимодействия удалось удовлетворительно описать температур ну] и полевую зависимость мюонной релаксации.

4. Зарегистрирована прецессия спина свободного атома мюони (Ми) в жидком гелии (и его растворах), вопреки сущсствовавшс точке зрения о его отсутствии.1

5. Показано, что в конденсированном гелии время формирован!: Ми определяется взаимной подвижностью зарядов. В сверхтекуче 4Не шоониевая асимметрия имеет максимум, АМи =1 при Т=0,71 Падение А ш ниже этой температуры объясняется медленны торможением разлетающихся е - ц пар в условиях экстрсмальн высокой подвижности (Ь > 100 сш2 /В.с). В твердом гелии, п подвижность зарядов меньше 10-4 сш2 /В.с, мюоний I наблюдается, и рекомбннацнонная деполяризация отсутствует.

6. Изучено влияние электрического поля на формирован! мюония. Установлено, что радиальное распределение электрод шоонных пар анизотропно. Максимум плотности мюонов и отношению к электронам смещен вперед по импульсу пучка. Пр коротких временах образования мюония внешнее элсктрическс поле снижает амплитуду мюонневой прецессии. Напротив, пр медленной кинетике во гнешнем электрическом пол направленном против влета '¡мюонов, асимметрия мюош увеличивается (в нормальном'гелии А Ии растет более, чем в 3 раз при Е- 1кВ/см). 1

7. Определены зависимости скоростей формирования мюония с молярного объема жидких изогепов 3Не и 4Не при Т= 2,ЗК. Дх легкого изотопа наблюдается максимум скорости при Р=30 бар, для тяжелого- эта зависимость монотонно падает. При равенеп молярных объемов изотопов обнаружена идентичность поведеш: Х(Е) в электрическом поле, что указывает на совпадет распределения электрон-шонных пар с точностью до отношещ подвижностей зарядов.

8. Изучено формирование мюоши в жидком и твердом неон Показано, что короткое (< 10 не) время образования мюония твердой неоне обусловлено возникновением зоны проводимости возрастанием на несколько порядков подвнжност инжектированных в нее электронов. Анализ экспериментальны данных свидетельствует о том, что в идеальных днамагнетика: какими являются сконденсированные Не, Ис и N2 , механиз формирования мюония имеет общую природу, и врем формирования определяется взаимной подвижностью частиц.

, Применение метода цБЯ для исследовании квантовых кристаллов [е выявило новые особенности кинетики зарядов в них. Установлено, го мгаон вызывает сильное локальное сжатие решетки. В результате того величина магнитного поля на шооне оказывается выше, а сорость его флуктуации ниже, по сраненшо с нсвозмущенным рнсталлом. Обнаружена немонотонная зависимость от температуры <оростн релаксации в твердом 3Не, которая противоречит звестному активационному механизму движения примесей. 3. Изучение мапштополевых зависимостей показало, что в оласти температур ниже Хшш ■ !: скорость магнитных флуктуацнй п 1або изменяется с температурой, а изменения >.(Т) обусловлены зменениями дисперсии локального мапштного поля а0 (Т).

1. При низких температурах в твердом 3Не обнаружен новый })фект возрастания скорости мюонной релаксации под действием гектричсского поля. Эффект обусловлен снижением скорости типового обмена атомов гелия в результате локальной анизотропной гформащш, производимой зарядом.

2. Мюонные эксперименты с изотопами водорода (Нг , НО, Ог ) в родольном и поперечном магнитном поле выявили существенное гличие шоонной и мюониевой компонипы. Скорость елаксацни мюониевой компонс1пы увеличивается с ростом :ш1чины ядерного мапштного момента, в то время как гполярнзацня диамагнитной компоненты (ц) слабо зависит от зотопного состава. ;;

3. Обнаружена деполяризация мюошюго спина в твердом араводороде, которая, по-видимому, связана с переворотами юонного спина при переход'е иона Н2Ц+ из возбужденного эстояния в основное. ■ |

Результаты дисссртащш опубликованы в следующих работах: . C.Г.Бapcoвi АЛ.Геталов, Е.П.Красноперов и др. Деполяриза-ия положительных мюонов в водороде: Препринт ЛИЯФ N 1021. -

1984. с. 18

Барсов С.Г., Геталов А.Л., Красноперов Е.П. и др. Деполяризация юонов в водороде, Доклады кон. НТ-23, Г-28, Таллин, 1984

С.Г.Барсов, А.Л.Геталов, Е.П.Красноперов и др. Спиновая елаксация мюонов в параводороде. Письма в ЖЭТФ,т.41, вып.6, 985, с.275-276

Красноперов Е.П., Сторчак В.Г., Барсов С.Г., Геталов АЛ., !руглов С.П., Кузьмин Л.А., Микиртычьянц С.М., Щербаков Г.В., !пиновая деполяризация мюонов в Не, Письма в ЖЭТФ, 42, вып.6 1985) 263-265

4. S.G.Barsov, A.L.Getalov, E.P.Krasnopcrov et al. The dcpolarizatio; of muons in solid hydrogen, Hypcr.Intcr. 32 (1986) p.557-559

5. Ю.М.Бслоусов, АЛ.Геталов, Е.П.Красноперов и щ Деполяризация мюоиов в твердом водороде. ЖЭТФ, т.91 (1986 с.715-723

6. Д.Г.Ещеико, Е.П.Красноперов, О быстрой дсполяризацн: шоонов в сверхтекучем гелии. ВАНТ, 4(40) с.62, 1987

Ещенко Д.Г., Краспоперов Е.П., О быстрой релаксации мюоно в сверхтекучем гелии. Доклады всесоюз. конф. НТ-24, Г10, Тбилиа 1987

7. С.Г.Барсов, АЛ.Гсталов, Е.П.Красноперов н др. Изменены шоонной релаксации при плавлении азота. "Мюоны и пионы веществе", Дубна, 1987, с.149-1;50

8. Е.П.Красноперов, Об исследовании квантовых кристаллов криожидкостсй методом pSR. Мюоны и пионы в веществе, с. 13S 148, Дубна, 1987

9. Е.П.Красноперов, Д.Г.Ещенко, Регистрация j^SR спектро охлажденными сцннтнлляторамн, Препринт ИАЭ, 4392/9, 198 с.5, г.Москва

10. Д.Г.Ещенко, Е.П.Красноперов, С.Г.Барсов и др., Подавлени шоонной релаксации в жидком гелии электрическим полеи Письма ЖЭТФ, т.48 (1988) 568

11 Тезисы докладов 26-ого Всесоюзного совещания по физике низки температур. Донецк (1990), Часть 2, К 22, с. 48-49. "Влияни частоты переменного электрического поля на дсполярнзацш шоонов в жидком гелии".

*

12. E.P.Krasnopcrov, Slow muçns via supcrfluid Helium. Hyp.Inlci 65 (1990) 1059

13. J.Brewer, W.Hardy, E.P. Krasnoperov et al., Muon relaxation i Hydrogen izotops: HD and D2. Preprint IAE, N5348/9 (1991) p.9

14. Дж.Брюср, Г.Люк, Е.Е.Мейлихов, Е.П.Красноперов и др Мюонная релаксация в изотопах водорода: HD и D . Пнсьм ЖЭТФ, т.53 (1991)577

. E. Krasnopcrov, Е. Meiliklio" R. Abcla, D. Herlach, E. Morcnzoni Gygax, A. Schenck, D. Eschenko. Muonium in superfluid helium, ys. Rev. Lett., 69, 1560-1563 (1992)

. R.Abela, D.Eschenko, F.N;Gygax, D.Herlach, E.Krasnoperov, Vieilikliov, E.Morenzoni, A.Schenck, G.Solt, U.Zimmermann. Muonium liquid 4He, 3He and a dilute mixture. PSI Nucl. Part. Phys. wslett., 1992, p 69-70. !

, Д.Герлах, Э.Морензони, Дж.Солт, У.Циммерманн, Ф.Н.Гигакс, Шенк, Д.Г.Ещенко, Е.П.Красноперов, Е.Е.Мейлихов. Мюоний в этопах жидкого гелия. Письма в ЖЭТФ, 57, вып.З, (1993) с. 154

E.P.Krasnopcrov, E.E.Meilikliov, D.G.Eschenko, D.Herlach, Vlorenzoni, U.Zimmermann, F.N.Gygax, A.Schenck. Electric field icndcnce of muonium formation in liquid helium. Hyperfine Interactions, (1993) 1011

Красиоперов Е.П., МеГшихов E.E., Пономарев A.H. и др., Образование мгоония в конденсировашюм неоне. Письма в ЖЭТФ, 59, No. 11 (1994) с. 721 Красиоперов Е.П., Е.Е.Мейл'лхов, К.Байнс, Д.Герлах, н др. О мюонноП релаксации в твердом 3Не. Письма в ЖЭТФ, 61 вып. 12 (1995) 964

Е.П.Красноперов, Герлах Д. Камера для мюонных исследований гелия под давлением. ПТЭ, N1 (1996) с.166 E.P.Krasnoperov, E.E.Meilikliov, D.G.Eschenko, D.Herlach, G.Solt, U.Zimmermann, I^.uon spin relaxation in solid He-3, Hypcrfme Interactions, 97/98 (1996) p.347 Mcilikhov E.E., Duginov V.N. Eschenko D.G. Krasnoperov E.P., ct al., Muonium in condensed neon: Spur formation scenario, Hyp. Inter. 105 (1997) 259. "Muons and pions in Matter", Dubna 1995 p.23

E.P.Krasnoperov, E.E.Meilikliov and E.Karlsson, <

Spin fluctuation in vicinity of positive charge in solid He-3, Applied Magnetic Resonance, 1997, принята к печати

[тированная литература

Гуревич И.И., Никольский Б.Н., Эксперименты по физике ножнтельных мюонов, ИАЭ, 1976, Москва

Смнлга В.П., Белоусов Ю.М., Мюонный метод исследования цества. Москва "Наука", 19.91 Crane T.W. ct al. Phys.Rev.Let!, 33 (1974) 572

Walker D.C., "Muon and Muonium Chemistry" Cambridge Univ. :ss, 1983

5. Fleming D.G., RJ.Mikula, D.M.Garner, Hyp.Int. 8 (1981) 307

6. Ito Y. et al., Hyp.Intcr. 8 (1981) 355

7. Шикин В.Б., УФН, т.121, вып.З, (1977) c.457

8. Андреев А.Ф., УФН, т.118 (1976) 249

Andreev A.F. - in: Quantum Theory of Solids, ed. Lifshits I.M. -Moscow, MIR, 1982, p. 11.

9. Hayano R.S. et al, Phys. Rev., B20 (1979) 850

10. Manning M.B., Moelter M.J. and Elbaum C.,Phys.Rev. B33 (1986) 1634

11. Kagan Yu., Prokofev N.V., "Quantum Tunneling Diffusion in Solids", in Modern Problems in Condensed Matter Science, eds A.J.Leggett and Yu.M.Kagan (North- Holland, 1992)

12. Левченко A.A., Межов-Деглчн JI.П., ЖЭТФ, 98 (1990) 349

13. Белоусов Ю.М., Смилга В.Г ., Мюоны и пионы в веществе, Дубна, 1987 с.151 !

14. Белоусов Ю.М., Смилга В.П, ЖЭТФ, 106, вып.5 (1994) 1500 Belousov Yu.M. and Smilga 7.P., Hyp.Inter., 106 (1997)