Импульсный ЯМР в 3Не-В

• Автор: Дмитриев, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 c. : ил

Глава I. Сверхтекучие фазы 3Не

1.1. Параметр порядка сверхтекучих фаз 3Не

1.2. ЯМР в сверхтекучих фазах Не

1.3. Влияние стенок на свойства 3Не-В

1.4. Магнитная релаксация в Не-В

Глава 2. Экспериментальная установка

2.1. Метод ядерного размагничивания

о о

2.2. Криостат ядерного размагничивания

2.3. Экспериментальная камера

2.4. Методика измерений

2.5. Системы очистки Не и контроля концентрации
4Не в 3Не

Глава 3. Текстурный переход в Не-В индуцированный
внешним радиочастотным полем
на два магнитных
55*

Глава 4. Расслоение прецессии в Не-В на два магнитных
домена
4.1. Долгоживущий сигнал индукции в Не-В (эксперименты в камере А)
4.2. Механизм формулирования ДСИ
4.3. Эксперименты по наблюдению разбиения образца 3Не-В на два домена
4.4. Влияние процессов магнитной релаксации и геометрии экспериментальной ячейки на формирование двухдоменной структуры
Глава 5. Релаксация двухдоменной структуры
Заключение
Литература

ВЗВДЕНИЕ
В 1936 году П.Л.Капица экспериментально показал, что при температуре = 2,17 К жидкий %е испытывает фазовый переход в новое состояние, названное сверхтекучестью. Этот переход, как оказалось связан с Бозе-конденсацией атомов %е. Другой стабиль-

ный изотоп гелия - Не является Ферми-жидкостью (спин ядра равен 1/2) и, казалось, не может быть сверхтекучим. Однако после создания микроскопической теории сверхпроводимости стало ясно, что

если взаимодействие атомов Не сводится к притяжению, то при достаточно низких температурах они могут образовывать куперовские пары. Полный спин такой пары является уже целым числом и пары поэтому ведут себя как бозе-частицы. В 1959 году Л.П.Питаевский показал, что куперовское спаривание атомов Не, обусловленное Ван-дер-Ваальсовским взаимодействием, должно происходить в состоянии с отличным от нуля орбитальным моментом пары [I] . Поиски
сверхтекучего перехода в Не, начавшиеся после этого увенчались успехом лишь в 1972 году [2,3] . Неожиданным оказалось то, что было обнаружено две сверхтекучих фазы - названные фазами А и В (позднее в присутствии магнитного поля была открыта еще одна сверхтекучая фаза - AJ [4] ). Эти фазы существуют лишь при температурах не выше 2,7 мК. Сравнение экспериментальных данных и теоретических моделей показало, что во всех сверхтекучих фазах

Не происходит спаривание в состояние с орбитальным моментом пары I = I и полным спином пары 5=1, причем А-фаза соответствует модели предложенной ранее Андерсоном и Морелом [б] , а В-фаза - модели Бальена-Вертхамера [б] . К настоящему времени о

сверхтекучих фазах Не накоплен уже довольно большой объем информации, причем значительная ее часть была получена при помощи
методов ЯМР, которые позволяют изучать и не собственно магнитные я
явления в Не по производимым ими изменениям в магнитных своист-
- 4 -
вах. Поэтому весьма важным является ясное понимание спиновой дия я
намики сверхтекучих фаз Не. Эксперименты по ЯМР в Не проводились как методами импульсного, так и методами непрерывного ЯМР. При этом в экспериментах по импульсному ЯМР обычно изучался сигнал свободной прецессии намагниченности, после отклонения ее мощным радиочастотным импульсом на большой угол. Вскоре после открытия сверхтекучести %е Леггетт [7] вывел систему уравнений описывающую спиновую динамику для случая спаривания с 1=1;

5=1. Многие эксперименты по ЯМР в сверхтекучем Не хорошо описываются теорией Леггетта. В ряде экспериментов, однако, были обнаружены неожиданные эффекты. Так в первых экспериментах по импульсному ЯМР свободного (т.е. заключенного в достаточно боль-

шую экспериментальную ячейку) Не-В иногда наблюдался сигнал свободной индукции спадающей по интенсивности существенно медленнее, чем следовало ожидать из величины имеющейся неоднородности внешнего магнитного поля[8,9} . Интенсивность долгоживущей части сигнала индукции в этих экспериментах не превышала 10% от начальной интенсивности сигнала. По этой причине, а также из-за плохой повторяемости результатов, систематических исследований этого эффекта произведено не было, однако сам факт наблюдения
такого сигнала указывал на неполное понимание спиновой динамики я
в °Не-В. В наших экспериментах нал удалось получить долгоживущии

сигнал индукции в Не-В большой интенсивности и провести его систематические исследования. Полученные результаты послужили стимулом для теоретических исследований, которые позволили И.А.Фомину построить теорию этого явления [ю] . Согласно этой теории долгоживущий сигнал индукции связан с образованием особой двух-доменной структуры образца Не-В. В одном из доменов намагниченность близка к равновесной и не прецессирует; в другом отклонена от направления магнитного поля и прецессирует в фазе. Проведен-

—> i
от H с Ларморовской частотой. Линия СС соответствует прецессии для случаяj2> > 104°; прецессия в этом случае происходит со сдвинутой от Ларморовской частотой ( 104°). Линия 00 / соответствует так называемой WP - моде колебаний намагниченности, т.е. моде колебаний возникающей при скачкообразном уменьшении
внешнего магнитного поля [52,533 . Линии А0В (а'о'в') соответствуют статическим положениям намагниченности и векторов ^ в условиях плоскопараллельной геометрии при различных ориентациях У относительно плоскости пластин. В этом случае в условиях непрерывного ЯМР точка на линии А0В изображающая состояние системы колеблется около равновесного положения, выходя из плоскости ABC (т.е. -O' меняется), что приводит к сдвигу частоты ЯМР. Отметим, что приведенное рассмотрение не учитывает процессы релаксации и неоднородности в распределении ti ж S по пространству. Численное решение уравнений Леггетта в этих предположениях [493 показало, что под действием РЧ-импульса система движется по траектории &L ( М.‘L! ) (см.рис.3-3). В момент времени соответствующий точке L ( L* ) РЧ-импульс заканчивается и в дальнейшем система быстро возвращается в состояние соответствующее плоскопараллельной геометрии ( ), либо выходит ( LU) на моду СВ,
соответствующую проекции с Ларморовской частотой. Пороговая длительность РЧ-импульса, при которой происходит переход от движения к статическому состоянию ( L*M ) к движению к моде СВ, как показал расчет, для наших экспериментальных условий соответствует длительности РЧ-импульса ~20 мксек, что хорошо согласуется с экспериментом. При длительностях импульса меньше порогового разброс траекторий движения для различных частей образца, связанный с различными неоднородностями должен приводить к быстрой расфазировке прецессии за время меньшее "мертвого времени" приемной системы (200 мксек в данных экспериментах) ж сигнал индукции не