Зародышеобразование и аномалия роста квантовых кристаллов при высоких пересыщениях

• Автор: Цымбаленко, Владимир Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 91 с. : ил

1 Введение
1.1 Общие сведения
2 Состояние проблемы
2.1 Классический подход к зарождению новой фазы
2.2 Теория зародышеобразования вблизи абсолютного нуля
2.3 Экспериментальные подходы к квантовому зародышеобразованию
2.4 Кинетика роста классических кристаллов
2.5 Модели роста квантового кристалла
2.6 Эксперименты по кинетике роста и фазовым переходам на поверхности.
3 Экспериментальная методика
3.1 Криостат для выращивания кристаллов гелия
3.2 Определение скорости зародышеобразования
3.3 Методика изучения скорости роста при высоких пересыщениях
4 Исследование зародышеобразования в переохлажденном сверхтекучем гелии
4.1 Температурная зависимость вероятности зародышеобразования
4.2 Измерения скорости зародышеобразования
4.3 Свидетельства в пользу квантового характера процесса
5 Кинетика роста кристаллов гелия при высоких пересыщениях
5.1 Рост кристаллов с атомно-шероховатым состоянием поверхности
5.1.1 Кинетика роста кристаллов при высоких температурах
5.1.2 Особенности роста плотноупакованных граней

5.2 Рост гексагональной фазы между первым и вторым переходом огранения Trî < Т < Tri. Сдвиги переходов огранения
5.3 Гексагональная фаза ниже второго перехода огранения Т < TR
6 Аномальный рост кристаллов
6.1 Фазовая диаграмма аномального состояния
6.2 Возникновение аномального состояния
6.3 Кинетика роста кристалла в аномальном состоянии
6.4 О природе аномального состояния
7 Другие исследования кристаллов гелия оптическим методом
8 Заключение
9 Публикации по теме диссертации
10 Благодарности
11 Литература
1 Введение.
Зарождение новой фазы и кинетика ее роста представляют собой физические процессы, имеющие, помимо прикладного, значительный фундаментальный интерес. Процессы атомного масштаба, ответственные за появление микроскопического зародыша и его последующий рост, здесь проявляются на макроскопическом уровне. К настоящему времени построена теория этих процессов, хорошо качественно и количественно объясняющая эти явления в классических веществах, см. [1,2,3]. Теоретический подход базируется на понимании основной роли тепловых флуктуаций в образовании критического зародыша, с которого и начинается рост новой фазы. Основы этих теоретических построений закладывались в то время, когда предметом изучения экспериментатора было вещество при температурах, далеких от абсолютного нуля. Развитие криогенной техники дало возможность проводить подобные исследования при низких температурах, где, с одной стороны экспериментально наблюдались фазовые переходы но, с другой стороны практически полностью отсутствовали термические флуктуации. Это поставило перед теорией фундаментальный вопрос о природе возникновения новой фазы в отсутствие классических каналов зародышеобразования. Первая работа, указавшая на новый, квантовый, способ возникновения критического зародыша, была опубликована в 1972г Ю.М.Каганом и И.М.Лифшицем [4]. Авторы показали, что при абсолютном нуле остается возможность подбарьерного возникновения критического зародыша, т.е. и при абсолютном нуле появление новой фазы происходит за конечное время. Этот процесс соответствует одновременному туннельному переходу нескольких сотен атомов из одного фазового состояния в другое. Кинетика образования критического зародыша и процессы его последующего роста тесно связаны между собой. Так, Андреев показал [5], что процессы квантового двумерного зародышеобразования могут определять кинетику роста граней кристалла

4 Исследование зародышеобразования в переохлажденном сверхтекучем гелии.
4.1 Температурная зависимость вероятности зародышеобразования.
Типичная гистограмма событий зарождения кристаллов в
переохлажденной жидкости приведена на рис.8. Мы определяли по

га 25--Q
£ 20-£

Ч иI □

1.2 т, к

Рис.7. Температурная зависимость средних значений пересыщений образования критических зародышей в двух сериях измерений.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Dp, mbar
Рис.8. Гистограмма распределения рождений кристаллов при 1.72К.
распределению среднее значение пересыщения Орпис и среднеквадратичный разброс. На графике 7 показана зависимость Врпис от температуры в двух сериях измерений. В кубической фазе заметен небольшой рост среднего пересыщения зародышеобразования с понижением температуры. Приближение этих данных константой дало значение %2 = 5.81 (67% вероятность гипотезы), а проверка гипотезы классического зародышеобразования дало %2 = 3.96 и 86%-ю вероятность справедливости этого предположения. Как видно из цифр, на данном уровне дисперсии различие между этими двумя гипотезами незначимо, хотя классическая зависимость дает лучшее приближение экспериментальных данных.