Введение к работе
Актуальность темы исследований.
Квантовые кристаллы н жидкости являются
емногочисленнымн, но широко исследуемыми объектами,
[рпмененпе метода мюонной спиновой релаксации (^SR) для их
зученпя определили два основных мотива. С одной стороны
ннкальность ^SR дает возможность решения таких
бщефизнческих задач, как диффузия легкой заряженной (ц +) и ейтральной (Ми) частиц, определение локальных магнитных полей, с другой стороны в собственно шоонном методе имется круг роблсм, например рекомбннащія, решение которых в этих объектах редставлялось наиболее доказательным. Последнее связано с тем, что ноше параметры квантовых конденсатов (молярный объем, оданжность зарядов, содержание магнитной примеси) легко можно зменять в широких пределах.
Характер взаимодействия мюона с электроном в конце трека последующее формирование мюошія в конденсированной среде зляется одной из самых рашшх, но до сих пор актуальной роблемоп метода joSR. Определение конечного состояния мюона істается ли он свободный или образует мюонпП) и изучение інетнкп процесса рекомбинации являются существенным для іализа взаимодействия мюона с окружением. Хотя и разработан ад теорий формирования мюония, но они носят скорее писательный характер и не имеют предсказательной силы. Это шоентся даже к средам со слабым взаимодействием, таким как идкий гелнй, водород и неон, не говоря уже о химически сложных груктурах. Разлет мюон- электронных пар и их рекомбннащія г поддавались эка^шменталыюп проверке, и временная эволюция ормпрования мюония непосредственно не наблюдалась, трпцательные результаты по поиску мюония в жидком гелии швелн к убеждению, что рекомбинационный механизм їразования Ми в инертных газах маловероятен, н главным їразом Ми образуется на горячей стадии в результате перезарядки.
Общефизическая проблема, которая до сих пор остается ггуальноп - это поиск подбарьерных процессов с участием ряженных частиц. Известно, что в металлах электроны юводимостн экранируют ц +, н благодаря этому мюон является локализованной частицей, которая слабо взаимодействует с шеткой. Согласно общему теоретическому подходу квантовые шеталлы являют собой наиболее благоприятную среду для классического, подбарьерного движения примесных частиц. шако, в твердом гелнн положительно заряжеішая чаепща бычно это ион матрицы) за счет поляризационного притяжения формирует решетку, что снижает вероятность туннслировання и
2
приводит к самолокализащш частицы. В высокотсмпсратурн
области движение примесных частиц вплоть до самых низк
температур описывается активационным" законом. Пои
туннельных процессов при движения легкой заряженной частні (ц+ ) в квантовых кристаллах представляет исключительный интср Важный аспект применения \iSR в квантовых кристаллах связан изучением локального окружения мюона путем измерения флуктуац магнитных полей ядер.
Цель работы заключалась в следующем:
методом nSR изучить процесс рекомбинации мюонов образованием мюония) в квантовых конденсированных средах, так как Не, Нг и Ne;
исследование кинетики движения легкой заряженной частицы мюона в квантовых коїщснсатах и поиск подбарьерных процессої них.
Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
1. Разработка криогенного оборудования для мюони
исследований сверхтекучего гелия и других крнообъектов, как
отечественных мюонных каналах ПИАФ РАН (Гатчина), ОШ
(Дубна), так и на зарубежных ИПШ (Швейцария), с диапазон
температур до 0,1К и возможностью исследований в енльн
электрических полях.
2. Создание камер высокого давления для выращивания кристалл
гелия, с тонким окном, проницаемым для поверхностных мюонов.
-
Изучение механизма мюонной деполяризации в квантов конденсатах (водород, гелий, неон) в нормальном и сверхтекуч состоянии (Не4 ), в жидкой и твердой фазах, при наличии прима и в широком диапазоне изменений молярного объема.
-
Использование внешнего электрического поля для разделен магнитных и электрических взаимодействий мюона.
Научная новизна исследований.
Разработано и изготовлено уникальное криогенное оборудован для мюонных исследований квантовых систем, таких к нормальный и сверхтекучий гелий, при температурах до 0,1 К, п давлением до 120 бар и в электрических полях до 2 кВ/см.
Мюонные исследования сверхтекучего гелия привели обнаружению в нем атома мюония и впервые позволили не толь определить скорость формирования мюония на ннзкоэнергичн стадии, но и эффективно се изменять.
Эксперименты с неоном показали, что мюоннй моя образовываться за счет электронов, инжектированных в зо
>водішости, и благода- ря их высокой подвижности, время змінювання Ми остается малым.
5 кристаллах Не3 обнаружено подавление скорости спинового ієна атомов вблизи заряда.
Установлено, что ниже точки плавления температурная исимость скорости мюонной деполяризации не . согласуется с гиващюнным законом диффузии, а указывает на квантовый >актер движения мюона.
Обнаружен эффект в.эзрасташы скорости мюонной юляризации в твердом Не3 под действием электрического поля. Изучение твердых растворов изотопов гелия свидетельствует о іещснии вблизи заряда легкого изотопа Не3 более тяжелым Не4. Эксперименты с изотопами- водорода (Ш , HD, D2 ) выявили цественное отличие деполяризации мюонной и мюоннсвой шоненты. Скорость деполяризации мюониевой компоненты личивается с ростом величины ядерного магнитного момента, в время как деполяризация диамагнитной компоненты слабо исит от изотопного состава. Обнаружена деполяризация онного спина в. твердом параводороде, имеющим нулевой ктроннын и суммарный ядерный магшггные моменты.
Научная и практическая значимость работы.
Решена проблема образования мюония в одноатомных юсистемах (гелий, неон). Доказано, что скорость процесса эеделяется взаимной подвижностью частиц на иизкоэнергичнои дни.
Показано, что мюоний в диэлектриках может образовываться
і рекомбинации с электроном, инжектированном в зону
эводнмостн. .
Применение электрических полей в мтооином эксперименте
ю возможность разделить электрические и магнитные
пмодепствня мюона в изучаемых объектах. Этот метод стал
роко применяться при изучении дголехтріпсов и
іболепірованньїх полупроводников.
Противоречие между ;набшодаемыми в твердом ,Не3 іампческими эффектами мюонной спиновой релаксации и непризнанной терней активационного движсішя заряженных ггиц стимулируют развитие физики взаимодействия легких іядов с квантовыми конденсатами. *
Слабая зависимость скорости релаксации от величины ядерного «.іеігта изотопа водорода привела к созданию новой теории 'Ошюй деполяризации при переходе возбужденного нона Нг в ювное состояние.
4 Апробация работы. Материалы исследовании, изложенные і диссертации, докладывались и обсуждались на слсдующн: конференциях:
23-е Всесоюзное совещание по физике низких температур "Деполяризация шоонов в водороде, Доклады конференции НТ-23 Г-28, Таллин, 1984 ;
24-ая Международная конференция стран СЭВ по физике і технике низких температур, 1985 г. Берлин. Г 7., стр 44, "Сшшова: деполяризация шоонов в гелии-4".
24-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур. "С быстрой деполяризации шоонов в сверхтекучем гелии". Тезись докладов НТ-24 (Тбилиси, 1986) Часть 1. ПО, с. 21.
Конференция стран СЭВ "ФНТ'2", Будапешт, 1987, О диффузш положительных шоонов в водороде. F3, с.З
- 25-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур
Ленинград, 25 - 27 октября 1988 г, Тезисы докладов. Часть 2. Г 11, с
22-23. "Подавление мюонной релаксации в жидком гелии -<
электрическим полем".
International conference uons and Pions in attcr, Dubna, 1987
Гордоновская Международная конференция по проблеме водород; Oxnard, США, 1990 г.
Y Международная uSR конференция, Оксфорд, Великобритания 1990 г.
26-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур. "Влияшк частоты переменного электрического поля на деполяризации мюопов в жидком гелнн". Тезксы докладов, Донецк (1990), Часть 2 К 22, с. 48-49.,
29-ое Всесоюзное совещание по физике низких температур, Казань 30 июня - 4 шоля 1992 г. Тезисы докладов. Часть 2, Г9 "Обнаружение мюонпя в CBq)XTCKy4eM гелии", Мауи (Гаван), 199j г.
III Международный симпозиум "Мюоны и пионы в веществе" Дубна, Октябрь, 1994
10 Международная конференция по сверхтонким взаимодействиям Бельгия, Леувен, Август, 1995 г. <
YII Международная конференция по uSR, Никко, Япония, 15-IS Апреля 1996 г.
15 Международная конференция отделения Фнзпкі конденсированного состояния Европейского физического общества Бавено, Италия, 21-24 Апреля 1996 г. - YI Международная jiSF конференция. США
Структура диссертации и ее объем.
Диссертация состоит из предисловия, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 163 стр. текста и
5 рисунка. Библиография включает 173 наименований, включая 'бликацин автора по теме диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные іботьі, 1 находится в печати. Список публикаций приведен в конце ітореферата.
