Кінетичні процеси при фазовому розшаруванні слабких твердих розчинів при наднизьких температурах - Автореферат

Дисертаційна робота присвячена експериментальному дослідженню слабких твердих розчинів 4Не у 3Не, які при низьких температурах в яких має місце фазовий перехід першого роду - фазове розшарування, що призводить до утворення твердих включень майже чистого 4Не в кристалічній матриці практично чистого 3Не. Кінетична поведінка двофазних розчинів 4Не у 3Не повинна помітно відрізнятися від розчинів 3Не у 4Не, де атоми 3Не перебувають в ідеально періодичному кристалі 4Не та, завдяки когерентному квантовому тунелюванню, перетворюються у квазічастинки, рух яких є квазівільним у межах певної енергетичної зони. До початку даної дисертаційної роботи не було ніяких відомостей про коефіцієнт дифузії 4Не в 3Не, а кінетичні процеси в розшарованих твердих розчинах 4Не у 3Не також були практично не досліджені. Нещодавно в розшарованих твердих розчинах 4Не у 3Не була виявлена нова квантова система - нанокластери 4Не з делокалізованими вакансіями, але властивості цієї системи залишалися недослідженими. Ця процедура вперше була застосована для твердих розчинів 3Не у 4Не в роботі, де було показано, що вона сприяє поліпшенню якості квантових кристалів.Встановлено температурну залежність характерного часу фазового розшарування слабких твердих розчинів 4Не у 3Не при одноразовому охолоджені. Встановлено концентраційну залежність характерного часу фазового розшарування слабких твердих розчинів 4Не у 3Не при східчастому охолодженні, яка відповідає процесу дифузійного росту твердих включень 4Не. Виявлено, що цей “поверхневий” час релаксації, обумовлений граничним опором, домінує над “дифузійним” часом при великих переохолодженнях, а величина поверхневого опору на границі становить см/с. Вперше показано, що при розшаруванні високоякісних зразків слабких твердих розчинів 4Не у 3Не експериментальні дані що до кінетики утворення та росту нової фази можуть бути описані в рамках теорії гомогенної нуклеації. Визначено концентрацію зародків нової фази та середній розмір еквівалентної сфери, що доводиться на один зародок, а також розмір включень нової фази залежно від температури.

міжфазний гомогенний нуклеація нанокластер

Основні результати роботи можна сформулювати таким чином: 1. За допомогою рефрижератора розчинення методом прецизійного виміру тиску при постійному обємі одержані перші систематичні кількісні дані про кінетику фазового розшарування слабких твердих розчинів 4Не у 3Не.

2. Встановлено температурну залежність характерного часу фазового розшарування слабких твердих розчинів 4Не у 3Не при одноразовому охолоджені. Виявлено, що істотно зменшується зі збільшенням ступеня переохолодження , але після досягнення деякої температури інтенсивного зародкоутворення перестає залежати від . Вперше визначена температура інтенсивного зародкоутворення, що фігурує в теорії гомогенної нуклеації.

3. Встановлено концентраційну залежність характерного часу фазового розшарування слабких твердих розчинів 4Не у 3Не при східчастому охолодженні, яка відповідає процесу дифузійного росту твердих включень 4Не. Показано, що така поведінка може бути описана концентраційною залежністю коефіцієнта дифузії , яка була передбачена теоретично.

4. Вперше визначено час релаксації, повязаний з проникненням домішкових атомів 4Не скрізь границю між матрицею та включеннями нової фази. Виявлено, що цей “поверхневий” час релаксації, обумовлений граничним опором, домінує над “дифузійним” часом при великих переохолодженнях, а величина поверхневого опору на границі становить см/с.

5. Вперше показано, що при розшаруванні високоякісних зразків слабких твердих розчинів 4Не у 3Не експериментальні дані що до кінетики утворення та росту нової фази можуть бути описані в рамках теорії гомогенної нуклеації.

6. Визначено концентрацію зародків нової фази та середній розмір еквівалентної сфери, що доводиться на один зародок, а також розмір включень нової фази залежно від температури. Встановлено, що при низьких температурах (~ 100 МК) характерний радіус включень 4Не становить см.

7. Вперше в рамках теорії гомогенної нуклеації з різного типу експериментів визначений коефіцієнт міжфазного поверхневого натягу на границі включення-матриця , значення якого становить ерг/см2.

8. Вперше досліджена кінетика росту та розчинення нанокластерів 4Не з делокалізованими вакансіями при ступінчастому охолодженні та нагріві розшарованого слабкого твердого розчину 4Не у 3Не. Виявлено, що зростання нанокластерів носить одноетапний характер, а їхнє розчинення є двоетапним.

9. Встановлено, що при розчиненні нанокластерів характерний час першого етапу співпадає з часом встановлення температури та внесок першого етапу в зміну тиску складає . Значення характерного часу другого етапу при нагріві виявилися такими ж, як і час, що характеризує дифузійний ріст при охолодженні.

10. Проведено термодинамічний аналіз системи нанокластер-матриця, із врахуванням кінцевої концентрації вакансій, що дозволило визначити концентрацію нанокластерів, яка становить , та їхній вплив на діаграму фазового розшарування. Показано, що при температурах більш ніж ~ 140 МК в цих умовах матриця пересичена домішками 4Не.

11. Визначено температурну залежність характерного розміру нанокластерів 4Не з делокалізованими вакансіями та встановлено, що при температурі ~ 120 МК характерний радіус нанокластерів становить міжатомної відстані.

1. Григорьев В.Н., Майданов В.А., Пензев А.А., Рудавский Э.Я., Рыбалко А.С., Слезов В.В., Сырников Е.В. Кинетика фазового перехода в твердых растворах 4Не в 3Не при различных степенях пересыщения // ФНТ. - 2004. - Т. 30, № 2. - С. 177-183.

2. Mikhin N.P., Grigorev V.N., Maidanov V.A., Penzev A.A., Rudavskii E.Ya., Rybalko A.S., Slezov V.V., Syrnikov Ye.V. Evidence of Homogeneous Nucleation at Phase Separation in Solid Mixtures of 4He in 3He // J. Low Temp. Phys. - 2004. - Vol. 134, № ?. - P. 205-210.

3. Григорьев В.Н., Майданов В.А., Пензев А.А., Рудавский Э.Я., Рыбалко А.С., Сырников Е.В. Концентрационная зависимость коэффициента диффузии в распадающихся слабых твердых растворах 4Не в 3Не // ФНТ. - 2003. - Т. 29, № 11. - С. 1165-1172.

4. Ганьшин А.Н., Григорьев В.Н., Майданов В.А., Пензев А.А., Рудавский Э.Я., Рыбалко А.С., Сырников Е.В. Нанокластеры атомов 4Не вокруг вакансий в твердых растворах 4Не в 3Не // ФНТ. - 2003. - Т. 29, № 5. - С. 487-495.

5. Сирников Є., Ганшин А., Григорєв В., Майданов В., Пензев А., Рудавський Е., Рибалко О. Виявлення комлексів (вакансія твердий 4Не), які утворюються внаслідок циклювання температури в межах області ізотопічного фазового розшарування твердих розчинів 3Не в 4Не // Збірник тез Всеукраїнської конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики. - Львів (Україна). - 2002. - С. 118-119.

Размещено на .ru