Введение к работе
Актуальность работы.
Одним из важнейших инструментов исследования сверхтекучего '''Не является метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В основе метода лежит изучение однородной прецессии намагниченности. ЯМР свойства сверхтекучего ''Не отличаются от свойств 3//е в нормальной фазе, из-за того, что в сверхтекучих фазах одновременно со спином в прецессии участвует параметр порядка. Важным результатом исследования сверхтекучести в 'Не — В при помощи ЯМР было открытие однородно-прецессирующего домена (ОПД), время жизни которого во много раз превышает время расфа-зировки, связанной с неоднородностью маї'нитного поля. С помощью ОПД стало возможным изучение сверхтекучих спиновых токов, спиновой диффузии и многого другого. Однако оказалось, что температурный интервал, в котором ОПД существует, ограничен снизу по температуре. Конкретно, при понижении температуры до ~ 0.4ГГ, где Тс - температура сверхтекучего перехода, происходит переход к другому режиму, в котором прецессия намагниченности аномально быстро затухает. Такой быстрый распад прецессии был назван катастрофической релаксацией. В дальнейшем было показано, что такая же неустойчивость наблюдается и в импульсном ЯМР в достаточно однородном магнитном поле (SH/Hq ~ 10~4), где ОПД не успевает образоваться. Таким образом, неустойчивость прецессии ограничивает снизу интервал температур, где можно использовать метод импульсного ЯМР. Если механизм образования ОПД был давно объяснен, то причина неустойчивости однородной прецессии при низких температурах до сих пор оставалась непонятой.
Целью первой части диссертации является объяснение экспериментально наблюдаемой неустойчивости однородной прецессии спина при низких
температурах. Задача первой части диссертации это исследование устойчивости однородной прецессии спина по отношению к параметрическом^' возбуждению спиновых волн с конечными волновыми векторами (суловская неустойчивость). В результате происходит переход от регулярного движения спина (однородной прецессии) к хаотическому.
Актуальной темой также является изучение влияния статического беспорядка на сверхтекучий 3Яе. Этот вопрос исследуется путем введения в 3Не аэрогеля, т.е. исследуется влияние немагнитных примесей на сверхтекучесть с р-спариванием. Аэрогель представляет из себя жесткий каркас из частиц SiO'i, со средним диаметром 3 — 5 им, а пористость, используемых в экспериментах аэрогелей, составляет 97% -=- 99%. Применение аэрогеля обусловлено тем, что только таким образом можно ввести примеси в 3Не, так как все несвязанные между собой примеси вымораживаются па стенках экспериментальной ячейки. Неизбежной особенностью применения аэрогеля в качестве примеси является то, что в аэрогеле существует достаточно широкий интервал длин, на котором отдельные частицы аэрогеля скоррелированы между собой. В настоящий момент особый интерес представляет изучение влияния одноосно-деформированного аэрогеля на сверхтекучесть ''#е. В частности, экспериментально обнаружено, что в одноосно-сжатом аэрогеле не наблюдается разупорядочешюе состояния типа Ларкина-Имри-Ма состояния с параметром порядка объемной Л-фазы. Вместо этого найдено, что ЯМР свойства Л-подобной фазы в одноосно-сжатом аэрогеле совпадают с ЯМР свойствами объемной Л-фазы с соответствующей ориентацией параметра порядка. Для 5-подобной фазы, параметр порядка которой такой же как и у объемной В-фазы, так же было обнаружено, что одноосно-деформированный аэрогель ориентирует параметр порядка.
Целью второй части диссертации является количественное описание влияния одноосной деформации аэрогеля на параметр порядка сверхтекучего
Чіс при помощи двух моделей аэрогеля. Положения выносимые на защиту
Показано, что для равновесной конфигурации параметра порядка лНс. в объеме, т.е. вдали от стенок экспериментальной ячейки, неустойчивость однородной прецессии спина по отношению к параметрическому возбуждению спиновых волн с конечными волновыми векторами существует и вызвана совместным действием анизотропии скоростей спиновых волн и диполыюй энергией.
Показано, что для случая ОПД объемный механизм неустойчивости является определяющим.
Показано, что температура начала развития неустойчивости, оцененная при помощи объемного механизма неустойчивости, находится в удовлетворительном согласии с экспериментально наблюдаемой температурой катастрофической релаксации.
Показано, что изменение длинноволновых корреляций между частицами аэрогеля при его одноосной деформации приводит к ориентации параметра порядка Л-нодобной и В-подобной фаз сверхтекучего 3Яе, если деформация больше некоторой критической. Найдена критическая деформация, приводящая к ориентации параметра порядка отличным от объемного случая образом.
Найдена граничная деформация, разделяющая состояние с критическими флуктуациями (разупорядоченпое состояние типа Ларкина-Имра-Ма состояния для Л-фазы) от состояния с однородным параметром порядка объемной Л-фазы.
Достоверность полученных результатов определяется использованием нескольких способов решения поставленных задач, в том числе при помощи численной симуляции решаемых уравнений, сопоставлением с результатами других теоретических работ и сравнением с экспериментальными дан-
ными.
Научная новизна работы
На протяжении долгого времени после появления первых результатов, свидетельствующих о неустойчивости однородной прецессии, отсутствовало теоретическое объяснение данного явления, которое бы правильно описывало всю совокупность экспериментальных данных. В рассматриваемой работе было впервые предложено, что катастрофическая релаксация связана с параметрическим возбуждением спиновых волн однородной прецессией (суловская неустойчивость). Впервые была построена теория, описывающая данный вид неустойчивости, для прецессии с большими углами отклонения спина из положения равновесия. Сравнение с экспериментальными фактами дает нам основание утверждать, что предложенный механизм правильно описывает наблюдаемую неустойчивость.
После обнаружения влияния деформации аэрогеля на параметр порядка сверхтекучего 'Яе, возникла задача количественного описания этого явления. В работе впервые было показано, что длинноволновые корреляции между частицами аэрогеля, возникающие при одноосной деформации аэрогеля, приводят к ориентации параметра порядка, если деформация больше критической. Для случая В-иодобной фазы найдена критическая деформация, способная ориентировать параметр порядка отличным от объемного случая образом. При помощи модели аэрогеля с анизотропным рассеянием квазичастиц на отдельных элементах аэрогеля, получена наиболее точная на сегодняшний момент оценка критической деформации, разделяющей состояние с критическими флуктуациями от состояния с однородным параметром порядка.
Личный вклад
Роль диссертанта в теоретических исследованиях и анализе полученных результатов является определяющей.
Апробация работы и публикации
По результатам работы опубликовано 4 статьи в реферируемых научных журналах, из них 3 - в отечественных. Апробация работы проходила на следующих конференциях: Международная конференция по квантовым жидкостям и кристаллам, QFS2006, Киото, Япония, 2006 г., XXXIV Совещание по физике низких температур, НТ34, Сочи, Россия, 2006 г., Международная конференция по квантовым жидкостям и кристаллам, QFS2007, Казань, Россия, 2007 г., Международная конференция по сверх-низкотемпературной физике, ULT2008, Лондон, Великобритания, 2008 г., Международная конференция по квантовым жидкостям и кристаллам, QFS2009, Чикаго, США, 2009 г., XXXV Совещание по физике низких температур, НТ35, Черноголовка, Россия, 2009 г., научные конференции МФТИ, Москва, Россия, 2006-2009 гг.
