Исследование структуры и динамики квантованных вихрей в сверхтекучем 3He

• Автор: Ельцов, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Эспоо
• Количество страниц: 48 с. : ил.; 20х14 см

1 Введение

1.1 Общие сведения

1.2 Вихри в сверхтекучем 3Не

2 Экспериментальная методика

2.1 Вращающийся криостат

2.2 Принцип ЯМР измерений

2.3 Техника ЯМР

3 Образование вихрей при быстром фазовом переходе

4 Двуквантовый вихрь в 3Не-А

5 Динамика и топологические переходы в вихревом листе в 3Не-А

6 Граница 3Не-А и 3Не-В во вращении

6.1 Неустойчивость границы и образование вихрей
6.2 Структура пограничного вихревого слоя
7 Турбулентность в 3Не-В
8 Заключение
9 Публикации по теме диссертации
10 Благодарности
Список литературы
1 Введение
Макроскопические квантовые системы активно изучаются в современной физике. Многие свойства таких систем определяются наличием и поведением дефектов параметра порядка, из которых наиболее известны и универсальны линейные дефекты — вихри. Одной из самых интересных систем для экспериментального изучения подобных дефектов является сверхтекучий 3Не. Именно в 3Не был впервые обнаружен многокомпонентный параметр порядка, допускающий существование разнообразных типов дефектов [1, 2]. К настоящему времени методика получения и наблюдения в 3Не различных вихревых структур и планарных дефектов хорошо разработана, что открывает путь к изучению нетривиальных вопросов о механизмах образования разных типов дефектов, об их взаимодействии между собой и о переходах между различными структурами. Исследования в этом направлении и являлись целью настоящей диссертационной работы. Ввиду исключительной чистоты сверхтекучего 3Не и достаточно большой длины когерентности, все вопросы динамики дефектов могут быть изучены в 3Не в базовом виде, без влияния неоднородностей, вносимых примесями или шероховатыми стенками контейнера.
Вихри и другие дефекты в сверхтекучем 3Не давно и успешно изучаются на базе вращающегося криостата в Лаборатории низких температур Хельсинкского технологического университета. В настоящем докладе кратко сформулированы результаты исследований 1995-2003 гг., в получение которых автором внесен принципиально важный или определяющий вклад. В ходе этих исследований был открыт целый ряд новых явлений, имеющих значение для физики макроскопических квантовых систем в целом.
Краткое содержание работы. Сведения о параметре порядка в сверхтекучем 3Не, а также об известных особенностях структуры и динамики вихрей в этой системе приведены в следующих разделах введения.
В главе 2 дается описание основных экспериментальных методик. Здесь рассказывается о принципах наблюдения вихревых структур в 3Не с помощью ядерного магнитного резонанса, а также приводится описание экспериментальной схемы и поясняются детали, важные для достижения высокой чувствительности измерений.
Глава 3 посвящена изучению процесса образования вихрей в 3Не-В под воздействием облучения тепловыми нейтронами. Здесь приводятся каче-

[31] Л.Д. Ландау и И.М. Лифшиц, Гидродинамика, изд. 4-е, (Москва, Наука, 1988), с. 345.
[32] Г.Е. Воловик, Письма в ЖЭТФ 75, 491 (2002).
[33] W.F.Vinen and J.J. Niemela, J. Low Temp. Phys. 128, 167 (2002).
[34] J.T. Tough, in Progress in Low Temperature Physics, vol. VIII, ed. D.F.Brewer, (North-Holland, Amsterdam, 1982), pp. 133-220.
[35] J. Maurer and P. Tabeling, Europhys. Lett. 43, 29 (1998).
[36] S.R. Stalp, L. Skrbek, and R.J. Donnelly, Phys. Rev. Lett. 82, 4831 (1999).
[37] S.N. Fisher, A.J. Hale, A.M. Guenault, and G.R. Pickett, Phys. Rev. Lett. 86, 244 (2001).
[38] Г.Е. Воловик, Письма в ЖЭТФ 78, 1021 (2003).
[39] N.B. Kopnin, arXiv:cond-mat/0309708.
[40] C.F. Barenghi, R.J. Donnelly, and W.F. Vinen, Phys. Fluids 28, 498 (1985).
[41] Г.Е. Воловик, Письма в ЖЭТФ 76, 296 (2002).