Особенности температурной зависимости давления твердого гелия при низких температурах

Анотація

Проведена серия экспериментов по исследованию условий образования неупорядоченного (стеклоподобного) состояния в кристаллах ³Не. С помощью прецизионных измерений давления при постоянном объеме установлено, что в быстро охлажденных кристаллах, выросших в однородных температурных условиях при наличии большого числа зародышей, легко образуется стекольная фаза, устраняемая лишь после тщательного отжига. Этот результат обнаружен как в ³Не, так и в ⁴Не, он не зависит от типа квантовой статистики, а определяется, в основном, условиями роста кристалла. Проведен анализ аналогичных измерений при использовании другой ячейки, где в процессе роста кристалла создавался направленный градиент температуры. В этом случае для образования стекольной фазы требовалось дополнительное количество дефектов, которые создавались в результате деформации кристалла. Достижимая в эксперименте степень деформации кристалла была достаточна для образования стекольной фазы в твердом ⁴Не и недостаточна для кристалла ³Не, где атомы имеют большую амплитуду нулевых колебаний. На основании анализа температурной зависимости давления проведено также исследование особенностей фононного вклада в давление. Обнаружено, что в кристаллах как ³Не, так и ⁴Не при разных толщинах образцов фононное давление отличается в несколько раз. Приведено качественное объяснение этого эффекта, который обусловлен тем, что в тонких образцах усиливается взаимодействие между слоями атомов. Такое усиление приводит к уменьшению фононного вклада в термодинамические свойства кристалла гелия при низких температурах.