Гистерезис ОЦК-ГПУ перехода в твердом растворе ³Не в ⁴Не

Abstract

В образцах твердого раствора 1% ³Не в ⁴Не, выращенных методом блокировки капилляра, с помощью прецизионной барометрии обнаружен гистерезис при ОЦК-ГПУ переходе. Показано, что линии равновесных переходов ОЦК-ГПУ и ГПУ-ОЦК на P-T-диаграмме при охлаждении и нагреве не совпадают (линия охлаждения соответствует более высокому давлению). В процессе термоциклирования в двухфазной области система совершает замкнутый термодинамический цикл, две ветви которого отвечают "нормальному" ОЦК-ГПУ превращению с наклоном dP/dT = 6-12 бар/К, а две другие - "аномальному" превращению с наклоном dP/dT = 2,5-7 бар/К (наклон растет с уменьшением молярного объема). Указанный эффект не наблюдается в кристаллах чистого ⁴Не, поэтому он может быть связан со свойствами примесной подсистемы ³Не. Также установлена иерархия времен релаксации давления в системе, свидетельствующая о том, что механизмы превращения на разных ветвях цикла различны. Предложена интерпретация наблюдаемых эффектов в рамках модели гетерофазной полидоменной сверхструктуры, образованной из доменов второй фазы, локализованных на примесях ³Не в матрице ⁴Не.

У зразках твердого розчину 1% ³Не у ⁴Не, які вирощувалися методом блокування капіляру, за допомогою прецизійної барометрії виявлено гістерезис при ОЦК–ГЩП переході. Встановлено, що лінірівноважних переходів ОЦК–ГЩП та ГЩП–ОЦК на P T -діаграмі при охолодженні та нагріві не співпадають (лінія охолодження відповідає більшому тиску). У процесі термоциклювання у двофазній області система здійснює термодинамічний цикл, дві гілки якого відповідають «нормальному» ОЦК–ГЩП перетворенню з нахилом dP/dT 6–12 бар/К, а дві інші — «аномальному» перетворенню з нахилом dP/dT 2,5–7 бар/К (нахил збільшується при зменшенні молярного об’єму). Вказаний ефект не спостерігається у кристалах чистого ⁴Не, тому він може бути пов’язаний з властивостями домішкової підсистеми ³Не. Також встановлено ієрархію часів релаксації тиску у системі, яка свідчить на користь того, що механізми перетворення на різних гілках циклу неоднакові. Запропоновано інтерпретацію ефектів, що спостерігаються, у рамках моделі гетерофазної полідоменної надструктури, яка формується з доменів другої фази, що локалізовані на домішках ³Не в матриці ⁴Не.

A hysteresis at the bcc–hcp transition is observed using the precise barometry in solid mixture 1% ³Не in ⁴Не grown by blocking capillary technique. The coexisting lines bcc–hcp and hcp–bcc on P–T-diagram at cooling and heating, respectively, do not coincide (the cooling run corresponds to higher pressure). The system demonstrates a closed thermodynemic cycle under thermocycling in the two-phase region. Two branches of this cycle correspond to the «normal» bcc–hcp transition with dP/dT 6–12 bar/K and two other ones correspond to «anomalous» transition with dP/dT = 2.5–7 bar/K (the slope increases with decreasing the molar volume). The effect is not observed in pure ⁴Не crystals, so that it could be associated with the properties of ³Не impurity subsystem. A time hierarchy for pressure relaxation is also established. It suggests that the transition mechanisms are different for different branches of hysteresis. An interpretation of the experimentally observed phenomena is proposed within the model of heterophase polydomain superstructure formed by secondary phase domains localized on ³Не impurities in ⁴Не matrix.