Ползучесть твердого ⁴Не при температурах ниже 1 К

Abstract

В области температур ~ 100–1000 мК проведено экспериментальное исследование ползучести твердого ⁴Не путем регистрации перетекания гелия через вмороженную пористую мембрану под действием постоянной внешней силы. Измерены кривые ползучести при различных температурах и механических напряжениях. Использованная методика позволила зарегистрировать малые скорости ползучести гелия вплоть до самых низких температур данного эксперимента. Обнаружено, что во всей области температур процесс ползучести является термоактивированным, а энергия активации уменьшается с понижением температуры и ростом механического напряжения. Проведенный анализ свидетельствует о том, что при температурах выше ≈ 500 мК в твердом гелии реализуется диффузионная ползучесть типа Набарро– Херринга, когда массоперенос осуществляется путем самодиффузии атомов и потока вакансий в противоположном направлении. Полученные данные позволили найти коэффициент самодиффузии в зависимости от температуры при различных напряжениях. При температурах ниже ≈ 500 мК процесс ползучести осуществляется с очень малой скоростью переноса (~ 10⁻¹³ см/с) и очень низкой энергией активации (~ 0,5–0,7 К), а сам механизм ползучести пока остается неясным.

В області температур ~ 100–1000 мК проведено експериментальне дослідження повзучості твердого ⁴Не шляхом реєстрації перетікання гелію через вморожену пористу мембрану під дією сталої зовнішньої сили. Виміряно криві повзучості при різних температурах і механічних напругах. Методика, що використовувалась, дозволила зареєструвати малі швидкості повзучості гелію аж до самих низьких температур даного експерименту. Встановлено, що у всій області температур процес повзучості є термоактивованим, а енергія активації зменшується зі зниженням температури та ростом механічної напруги. Проведений аналіз свідчить на користь того, що при температурах вище ≈ 500 мК у твердому гелії реалізується дифузійна повзучість типу Набарро–Херрінга, коли масопереніс здійснюється шляхом самодифузії атомів і потоку вакансій у протилежному напрямі. Отримані дані дозволили знайти коефіцієнт самодифузії в залежності від температури при різних напругах. При температурі нижче ≈ 500 мК процес повзучості здійснюється з дуже малою швидкістю переносу ( ~ 10⁻¹³см/с) і дуже низькою енергією активації ( ~ 0,5–0,7 К), а сам механізм повзучості досі залишається неясним.

The experimental study of creep of solid ⁴He was carried out by recording helium flow across the frozen porous membrane under a constant external force in the temperature range ~ 100–1000 mK. The creep curves were measured at different temperatures and mechanical stresses. The method used in this work permitted us to record a small creep rate of helium down to the lowest temperature of the experiment. It is found that the creep in solid helium is a thermally activated process everywhere over the temperature region and the activation energy is reduced with decreasing temperature and increasing mechanical stress. The analysis showed that at temperatures above ≈ 500 mK there occurred a Nabarro–Herring type of diffusion creep in solid helium where the mass flow was carried out by the selfdiffusion of atoms and vacancies flow in the opposite direction. The experimental data permitted us to obtain the self-diffusion coefficient as a function of temperature at different mechanical stresses. At temperatures below ≈ 500 mK the creep process is realized at a very low flow rate (~ 10⁻¹³ cm/s) and a very low activation energy (~ 0.5–0.7 K) while the creep mechanism remains unclear.