Рост и растворение жидких капель ³He в кристаллической матрице ⁴He

Abstract

C помощью измерений давления исследуется кинетика расслоения твердых растворов ³He-⁴He в условиях, когда после перехода образуется двухфазная система, состоящая из жидких капель концентрированной фазы (почти чистого ³ He) в кристаллической матрице разбавленной фазы (почти чистого ⁴He). Показано, что при ступенчатом охлаждении двухфазного образца рост жидких капель может быть описан суперпозицией двух экспоненциальных функций процессов с большой и малой постоянными времени. Это связано с сильным влиянием напряжений, возникающих в кристалле при фазовом переходе вследствие большого различия молярных объемов обеих фаз и, вероятно, приводящих к пластической деформации матрицы и созданию в ней неравновесной концентрации ³He. При этом перенос атомов ³He осуществляется лишь в меру релаксации напряжений. Установлено, что циклические процессы роста и растворения жидких капель сильно ухудшают качество кристалла и приводят к росту давления. Анализируется также возможность существования в каплях смеси жидкости и кристалла.

Pressure measurements are used to study the kinetics of phase separation of ³He–⁴He solid solutions under conditions such that after the transition a two-phase system is formed, consisting of liquid drops of the concentrated phase (nearly pure ³He) in a crystalline matrix of the dilute phase (nearly pure ⁴He). It is shown that under stepped cooling of the two-phase sample the growth of the liquid drops can be described by a superposition of two exponential functions representing processes with long and short time constants. This is due to the strong influence of the stresses arising in the crystal at the phase transition owing to the large difference in the molar volumes of the two phases and which probably cause plastic deformation of the matrix and the giving rise to nonequilibrium concentrations of ³He in it. The transport of ³He atoms occurs only in connection with stress relaxation. It is established that cyclic processes of growth and dissolution of the liquid drops strongly degrade the quality of the crystal and lead to an increase of the pressure. The possibility that a mixture of the liquid and crystal exists in the drops is also analyzed.