Измерение леггеттовской частоты 3He-B в аэрогеле

• Автор: Завьялов, Владислав Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 70 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Свойства сверхтекучего 3Не

1.1. Сверхтекучие фазы

1.2. 3Не в аэрогеле

1.3. Текстура параметра порядка в объемном 3Не-В

1.4. ЯМР в 3Не-В

1.5. Сверхтекучие спиновые токи и спиновая релаксация

1.6. Однородно-прецессирующий домен

Глава 2. Колебания ОПД (теория)

2.1. Уравнения Леггетта во вращающейся системе координат

2.2. Стационарное решение
2.3. Уравнение для частот малых колебаний
Глава 3. Численные эксперименты
3.1. Постановка эксперимента, образование ОПД
3.2. Возбуждение колебаний ОПД
3.3. Частота колебаний
3.4. Коэффициент затухания колебаний
3.5. Учет влияния объемного гелия в зазорах
Глава 4. Экспериментальная установка
4.1. Условия эксперимента
4.2. Криостат
4.3. Образец аэрогеля
4.4. Экспериментальные ячейки

4.5. ЯМР-спектрометр
4.6. Измерение температуры
Глава 5. Результаты эксперимента
5.1. Колебания ОПД в объемном 3Не
5.2. Частота и коэффициент затухания колебаний в объемном 3Не .
5.3. Колебания ОПД в аэрогеле
Заключение
Литература

Введение
Изотопы гелия 3Не и 4Не — единственные вещества, не затвердевающие вплоть до абсолютного нуля температуры. Атомы 3Не имеют ядерный спин 1/2 и являются ферми-частицами. При температурах ~ 1 мК в 3Не происходит куперовское спаривание и возникает сверхтекучесть. Куперовское спаривание происходит с единичным спином и единичным орбитальным моментом, из-за чего сверхтекучий 3Не является сложной системой с большим разнообразием свойств. В зависимости от условий, в слабых магнитных полях реализуются две сверхтекучие фазы, называемые А- и В-фазой.
В данной работе рассматривается В-фаза 3Не. Ее параметр порядка имеет вид матрицы поворота. Конкретный вид этой матрицы определяется различными условиями (магнитное поле, стенки ячейки и т.д.). Это приводит к пространственно-неоднородному распределению параметра порядка (текстуре) и сложным законам спиновой динамики ([1]).
Одним из интересных явлений спиновой динамики в В-фазе 3Не является возможность существования однородно прецессирующего домена (ОПД) ([2], [3]). При этом возникает пространственно-однородное устойчивое состояние, в котором намагниченность и параметр порядка прецессируют строго определенным образом. Данная работа посвящена исследованию малых пространственно-однородных колебаний ОПД.
Теория сверхтекучего 3Не хорошо развита и в большинстве случаев находятся в отличном согласии с экспериментом. Это происходит во многом благодаря тому, что 3Не при сверхнизких температурах является практически идеально чистым веществом: растворимость всех прочих веществ в нем ничтожна. Представляет интерес влияние примесей на столь хорошо изученный объект, в частности для объяснения свойств других похожих систем. Единственным известным методом внесения примесей в сверхтекучий 3Не
Глава
Численные эксперименты
Перед выполнением экспериментальной части работы была произведена серия численных экспериментов, позволивших решить следующие задачи:
• обнаружение низкочастотных колебаний ОПД, проверка уравнения (2.10);
• нахождение оптимального способа возбуждения и наблюдения колебаний;
• изучение влияния спиновой релаксации и пространственной неоднородности на частоту колебаний;
• изучение коэффициента затухания колебаний;
• изучение влияния объемного 3Не, находящегося в зазорах между аэрогелем и стенками ячейки.
3.1. Постановка эксперимента, образование ОПД
Уравнения спиновой динамики (1.9), записанные во вращающейся системе координат, решались численно в одномерной геометрии (пространственные неоднородности и спиновые токи допускались лишь вдоль одной оси) с учетом эффектов магнитной релаксации. Для счета использовалась модификация программы на Фортране, написанной В. В. Дмитриевым. Программа использует стандартный алгоритм 54(Ж (РБЕСОЬ) для решения систем дифференциальных уравнений ([33], [34]).
В качестве граничных условий было выбрано требование равенства нулю спиновых токов на границах ячейки. Для расчета выбраны параметры, соответствующие реальным экспериментальным условиям:
• длина ячейки: 18 мм;