Quantum effects in the low-temperature thermal expansion of fullerite C60 doped with a 4He impurity

Анотація

Методом прецизійної низькотемпературної дилатометрії в температурному інтервалі 2,2–24 К досліджено теплове розширення фулериту С₆₀, допованого домішкою ⁴Не при температурі близько 2 К. Характер та отримані значення коефіцієнтів лінійного теплового розширення сильно залежали від концентрації домішки ⁴Не. У температурному інтервалі 2,2–5 К теплове розширення системи ⁴Не_х–С₆₀ є від’ємним, що пояснюється тунельним переміщенням атомів ⁴Не в системі порожнин кристалічної гратки фулериту та на поверхні зерен кристалів. Внесок цього процесу в теплове розширення зменшується при зростанні концентрації домішки та зниженні ймовірності тунелювання атомів гелію між порожнинами кристалічної гратки та вільними від домішки ділянками поверхні зерен. У температурному інтервалі 4,5–24 К у теплове розширення системи ⁴Не_х–С₆₀ переважний вплив надає взаємне перетворення між різними модифікаціями орієнтаційного скла фулериту. Тунельний характер перетворення зумовлює від’ємний внесок цього процесу в теплове розширення, а також гістерезис та аномалії теплового розширення, що спостерігалися у даному температурному інтервалі. Інтенсивність цих процесів, які пов’язані з тунельним фазовим перетворенням між різновидами орієнтаційного скла фулериту, зростає при збільшенні концентрації домішки гелію у фулери.