Анотація до роботи:

Полєв А. В. Ядерна магнітна релаксація та спінова дифузія у твердих розчинах ³Не - ⁴Не при наднизьких температурах. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за фахом 01.04.09 - Фізика низьких температур. На правах рукопису. Фізико-технічній інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України, Харків, 2002.

Вперше проведені систематичні дослідження ядерної магнітної релаксації в двофазних кристалах, які утворюються в твердих розчинах ³Не - ⁴Не внаслідок фазового розшарування. За допомогою імпульсного ядерного магнітного резонансу виміряні часи спін-граткової та спін-спінової релаксації в області температур 1 – 300 мК.

Отримані експериментальні дані дозволили ідентифікувати механізми ядерної магнітної релаксації в рамках моделі Гарвіна-Ландесмана. Виявлено, що для концентрованої фази область обмінного плато пов'язана з тунельним обміном ³Не - ³Не, а для розбавленої ГЩУ фази домінуючий вклад вносить тунельний обмін ³Не - ⁴Не. При самих низьких температурах виявлено аномальний спад сигналу спінової луни, який може бути пояснений проявою квазіодновимірної дифузії атомів ³Не вздовж дислокаційних ліній.

Також проведено дослідження спінової дифузії ³Не у слабкому твердому розчині ³Не у ⁴Не поблизу ОЦК-ГЩУ переходу. Встановлено, що поряд з дифузійними процесами, які відповідають рівноважним фазам – ОЦК, ГЩУ та об'ємній рідині, спостерігається додатковий дифузійний процес, що характеризується високим значенням коефіцієнта дифузії, близьким до відповідного значення для рідкого гелію, а сама дифузія є просторово обмеженою. Спостережений ефект може бути пов'язаний з появою рідких крапель під час ОЦК – ГЩУ переходу.

Основні результати роботи можна сформулювати таким чином:

1. За допомогою рефрижератора з ядерним розмагнічуванням методом імпульсного ЯМР вимірянні часи спін–граткової та спін-спінової релаксації як у концентрованій ОЦК фазі, так і в слабкій ГЩУ фазі розшарованих розчинів.

   Встановлено, що в концентрованій фазі часи і практично не залежать від температури у всій області температур (аж до 1 мК). Така поведінка може бути адекватно описана у рамках моделі Гарвіна – Ландесмана для чистого масивного твердого ³Не.

   Показано, що на відміну від масивного твердого ³Не, область обмінного плато простирається аж до самих низьких температур, що, очевидно, пов'язано з дрібнодисперстністю концентрованої фази розшарованого розчину.

   Встановлено зростання часів і у розчиненій ГЩУ фазі зі зменшенням температури, яке зумовлено зменшенням концентрації ³Не у цій фазі в міру фазової діаграми. При цьому часи і мають степеневу залежність від концентрації, яка співпадає с аналогічною залежністю для однорідного (не розшарованого) розчину тіє ж концентрації.

   Показано, що в слабкій ГЩУ фазі процеси спін-граткової та спін-спінової релаксації також зумовлені взаємодією між зееманівською та обмінною підсистемами, однак в цьому випадку визначальним є тунельний обмін сусідніх атомів ³Не і ⁴Не.

   При дослідженні спін-спінової релаксації в концентрованій фазі при температурах 5 – 10 мК виявлено неекспоненційне затухання сигналу спінової луни, причиною якого може бути квазіодновимірний дифузійний процес атомів ³Не вздовж дислокаційних ліній.

   За допомогою різних методик імпульсного ЯМР були ідентифіковані внески дифузійного затухання ОЦК – фази, ГЩУ – фази та масивної рідини у сигнал спінової луни в однорідних твердих розчинах ³Не - ⁴Не та вивчена температурна залежність коефіцієнта спінової дифузії вздовж лінії фазової рівноваги ОЦК – ГЩУ фаз та кривої плавлення.

   Виявлено новий аномально швидкий дифузійний процес, що спостерігається тільки тоді, коли ОЦК фаза і ГЩУ фаза існують одночасно. Цей процес, певно має місце в рідких краплях, які утворюються в кристалі під час ОЦК – ГЩУ переходу.

Публікації автора:

1. Михин Н. П., Полев А. В., Шварц В. А., Рудавский Э. Я. Спин - решеточная релаксация в расслоившемся твердом растворе ³Не - ⁴Не // ФНТ. - 1997. - T. 23, №5/6. - С. 606-614.

2. Rudavskii E., Mikhin N., Omelaenko N., Polev A., Shvarts V. Magnetic and thermal relaxation in phase - separated solid ³He - ⁴He mixtures // J. Low Temp. Phys. - 1998. - Vol. 113, №5/6. - P. 781-786.

3. Rudavskii E., Polev A., Shvarts V., Syrnikov E. Spin - spin relaxation in phase separated ³He - ⁴He solid mixtures // J. Low Temp. Phys. - 2000. - Vol. 121, №5/6. - P. 707-712.

4. Mikhin N., Polev A., Rudavskii E. Spin Diffusion Processes in Solid ³He - ⁴He Mixtures near the BCC - HCP Phase Transition at the Melting Curve // J. Low Temp. Phys. - 2002, - Vol. 127,№ 5/6. - P. 279-287.

5. Shvarts V., Polev A., Mikhin N., Rudavskii E. Magnetic relaxation processes in phase separated solid ³He - ⁴He solution // Second International Conference on Cryocrystals. - Polanica-Zdroj (Poland).-1997.-P.1-18.

6. Mikhin N. P., Polev A. V., Rudavskii E. Ya., Shvarts V. A. and Syrnikov E. V. Nuclear magnetic relaxation in two-phase ³He - ⁴He quantum crystal down to 1 mK // International symposium on ultralow temperature physics. - St. Petersburg (Russia). - 1999. - P.40.

7. Rudavskii E., Polev A., Shvarts V., Syrnikov Ye. Spin - spin relaxation in phase separated ³He- ⁴He solid mixtures // QFS 2000, International symposium on quantum fluids & solids. - University of Monnesota, (USA).-2000. - P.7-14.

8. Mikhin N., Polev A., Rudavskii E. Diffusion Processes in Solid ³He - ⁴He Mixtures Near the BCC - HCP Phase Transition // International Symposium on Quantum Fluids and Solids. - Konstanz (Germany). - 2001. – P. 31.

9. Mikhin N. P., Polev A. V., Rudavskii E. Ya. Formation of liquid droplets under BCC - HCP transition on the curve of ³He - ⁴He liquid mixture solidification // International Conference. Physics of Liquid Matter: Modern problem. - Kyiv (Ukraine). - 2001. – P. 170.

10. Михин Н. П., Полев А. В., Рудавский Э. Я. Cпиновая диффузия в твердых растворах ³Не- ⁴Не вблизи ОЦК - ГПУ перехода // Материалы 5 - й Международойя конференция "Физические явления в твердых телах". - Харьков (Украина). - 2001. – С. 67.