Релаксация давления и диффузия вакансий в быстро выращенных кристаллах гелия

Abstract

При температурах выше 1,3 К проведено экспериментальное исследование особенностей релаксации давления в быстро выращенных кристаллах слабого твердого раствора ³He–⁴Не. Использовалась цилиндрическая измерительная ячейка, на торцах которой располагались емкостные датчики давления. Обнаружено, что при выращивании кристаллов гелия со скоростями охлаждения ≳4 мК/c разность давлений ΔР, регистрируемая датчиками при 1,3 К, достигала 2,4 бар. При последующем ступенчатом повышении температуры величина ΔР уменьшалась, но достигала нуля лишь после тщательного отжига при предплавильных температурах. Зарегистрирована кинетика изменения давлений на торцах образца при разных температурах. Полученные результаты интерпретируются в рамках моновакансионной модели диффузионного механизма структурной релаксации. Предложенная модель позволила объяснить зарегистрированную в эксперименте зависимость ΔР от времени и температуры, найти энергию активации процесса структурной релаксации и коэффициент диффузии вакансий. Детали вакансионной модели описаны в приложении.

При температурах вище 1,3 К проведено експериментальне дослідження особливостей релаксації тиску у швидко вирощених кристалах слабкого твердого розчину ³He–⁴Не. Було використано циліндричну вимірювальну комірку, на торцях якої розміщувались ємнісні датчики тиску. Виявлено, що при вирощуванні кристалів гелію зі швидкістю охолодження  4 мК/c різниця тисків ΔР, що реєструється датчиками при 1,3 К, досягала 2,4 бар. При наступному ступінчастому підвищенні температури величина ΔР зменшувалась, але досягала нуля лише після ретельного відпалу за передплавильних температур. Зареєстрована кінетика зміни тисків на торцях кристалу при різних температурах. Одержані результати інтерпретуються у рамках моновакансійної моделі дифузійного механізму структурної релаксації. Запропонована модель дозволила пояснити зареєстровану в експерименті залежність ΔР від часу та температури, знайти енергію активації процесу структурної релаксації та коефіцієнт дифузії вакансій. Деталі вакансійної моделі приведені у додатку.

An experimental study of the features of pressure relaxation in rapidly grown crystals of a dilute solution of ³He–⁴Не was carried out at temperatures above 1.3 K. A cylindrical cell with capacitive pressure sensors at the ends was used for measuring. It was found that at the growth of the helium crystals at the cooling rate higher 4 mK/s, the pressure difference ΔP detected by the sensors at 1.3 K reached 2.4 bar. With a subsequent stepwise increase in temperature, the ΔP value decreased, but disappeared only after careful annealing at the pre-melting temperatures. The kinetics of pressure change at the ends of the sample at different temperatures is recorded. The obtained results are interpreted within the framework of the monovacancy model of the diffusion mechanism of structural relaxation. The proposed model made it possible to explain the dependence of ΔP on the time and temperature recorded in the experiment, to find the activation energy of the structural relaxation process and the diffusion coefficient of vacancies. Details of the vacancy model are described in a special appendix.