Вклад фононных и вакансионных возбуждений в термодинамические свойства твердого гелия

Abstract

Проведены прецизионные измерения температурной зависимости давления качественных кристаллов ⁴Не и растворов ³Не ⁴Не, выращенных при постоянном объеме. Выделены фононный и вакансионный вклады в давление на основе дебаевской модели фононов и модели широкозонных вакансионных возбуждений. В рамках такого подхода проанализированы также все другие имеющиеся термодинамические данные для чистых твердых изотопов гелия и их растворов. В результате получены сведения о температуре Дебая и энергии активации вакансий и обнаружена универсальная зависимость этих параметров от молярного объема для ³Не, ⁴Не и растворов ³Не ⁴Не. Найдены также значения соответствующих параметров Грюнайзена, которые оказались независящими от молярного объема.

Проведено прецизійні виміри температурної залежності тиску якісних кристалів ⁴Не та розчинів ³Не ⁴Не, які були вирощені при постійному об ємі. Виділено фононний і вакансійний внески до тиску на основі дебаївської моделі фононів і моделі широкозонних вакансійних збуджень. У рамках такого підходу проаналізовано також всі інші наявні термодинамічні дані щодо чистих твердих ізотопів гелію та їхніх розчинів. В результаті отримано відомості про температуру Дебая та енергії активації вакансій і виявлено універсальну залежність цих параметрів від молярного об єму для ³Не , ⁴Не та розчинів ³Не ⁴Не. Знайдено також значення відповідних параметрів Грюнайзена, які виявилися незалежними від молярного об`єму.

Precise measurements of the temperature dependence of pressure were carried out on high quality crystals of ⁴Не and ³Не–⁴Не solutions grown under constant volume conditions. The phonon and vacancy contributions to pressure were estimated within Debye’s model of phonons and the model of wide band vacancions. The other available thermodynamic data were analyzed for pure solid helium isotopes and their solutions using this approch. The Debye temperatures and vacancy activation energies have been obtained and the universal molar volume dependence of these parameters has been found for ³Не, ⁴Не and ³Не–⁴Не solutions. The corresponding Groneisen parameters have been obtained, which appear to be independent of the molar volume.