Локализация гелия вокруг микроскопических примесей в жидком гелии

Анотація

Рассмотрена структура и свойства окружения примесных атомов Im, введенных в жидкий гелий. Продемонстрировано существование двух качественно различных типов структур ближайшего к Im слоя атомов гелия - структур притяжения и отталкивания. В структуре притяжения к центру (при сильном взаимодействии Im-He расстояние Im-He больше равновесного для парного потенциала Im-He, а плотность и локализация атомов гелия выше, чем в объеме. При этом количество атомов гелия в слое n почти не зависит от внешнего давления. В структуре отталкивания, реализующейся для атомов щелочных металлов, расстояния Im-He меньше равновесных, но плотность ниже, чем в объеме гелия. При T ~ 1 К заселены несколько состояний с различными n, энергии которых отличаются лишь на ~0,1 К, причем увеличение давления приводит к существенному уменьшению n. На основе проведенного анализа интерпретируются оптические и ЭПР спектры имплантированных в жидкий и твердый гелий атомов. Предложена простая модель для определения характеристик гелиевого окружения по экспериментальным зависимостям сдвигов атомных линий в спектрах поглощения и испускания в зависимости от давления. Предсказано, что в смесях ³He-⁴He структуры притяжения должны быть сильно обогащены атомами ⁴He, а структуры отталкивания - атомами ³He. Обсуждается возможность существования фазовых переходов в гелиевых оболочках, окружающих примесные атомы.