Влияние промежуточной ОЦК фазы на эволюцию сверхтекучих включений в ГПУ матрице раствора ³He в ⁴HeНе

Abstract

С помощью импульсного ядерного магнитного резонанса проведено исследование эволюции жидких включений, которые образуются в ГПУ матрице при быстром охлаждении раствора ³Не в ⁴Не, содержащего 1,05% ³Не. Методом спинового эха с двумя зондирующими импульсами измерен коэффициент диффузии ³Не в жидких включениях в процессе их эволюции. Измерения проводились при температуре 1,67 К, которая соответствует области существования ОЦК фазы на фазовой диаграмме, и при температуре 1,38 К, когда ОЦК фаза отсутствует. Обнаружено, что в процессе эволюции в обоих случаях размер жидких включений меньше диффузионной длины и диффузия носит ограниченный характер. Измеренный коэффициент ограниченной диффузии позволил найти характерный размер включений. При этом в первом случае в процессе эволюции жидких включений образуется промежуточная ОЦК фаза в виде дендритов, разделяющих жидкие включения на множество мелких капель. В связи с быстрым ростом ОЦК фазы размер капель быстро уменьшается, и процесс завершается исчезновением ОЦК фазы и образованием аморфного состояния. Результаты, полученные с помощью измерений коэффициента диффузии, коррелируют с поведением времени спин-решеточной релаксации в такой системе. Во втором случае при более низкой температуре ОЦК фаза не образуется, а процесс эволюции жидких включений сопровождается очень медленным уменьшением их размера вплоть до полного затвердевания.

За допомогою імпульсного ядерного магнітного резонансу проведено дослідження еволюції рідких включень, які утворюються в ГЩП матриці при швидкому охолодженні розчину ³Не в ⁴Не, що містить 1,05% ³Не. Методом спінової луни з двома зондувальними імпульсами виміряно коефіцієнт дифузії ³Не в рідких включеннях у процесі їхньої еволюції. Вимірювання проводилися при температурі 1,67 К, яка відповідає області існування ОЦК фази на фазовій діаграмі, та при температурі 1,38 К, коли ОЦК фаза відсутня. Виявлено, що в процесі еволюції в обох випадках розмір рідких включень менше дифузійної довжини і дифузія носить обмежений характер. Виміряний коефіцієнт обмеженої дифузії дозволив знайти характерний розмір включень. При цьому в першому випадку в процесі еволюції рідких включень утворюється проміжна ОЦК фаза у вигляді дендритів, що ділять рідкі включення на безліч дрібних крапель. У зв'язку зі швидким зростанням ОЦК фази розмір крапель швидко зменшується, і процес завершується зникненням ОЦК фази та утворенням аморфного стану. Результати, отримані за допомогою вимірів коефіцієнта дифузії, корелюють з поведінкою часу спін-ґраткової релаксації в такій системі. У другому випадку при більш низькій температурі ОЦК фаза не утворюється, а процес еволюції рідких включень супроводжується дуже повільним зменшенням їх розміру аж до повного твердіння.

Pulsed NMR is used to study the evolution of liquid inclusions formed in an hcp matrix during rapid cooling of a ³He- ⁴He solution containing 1.05% ³He. The diffusion coefficient of ³He in the liquid inclusions as they evolve is measured by a spin echo technique with two probe pulses. The measurements were made at 1.67 K, which corresponds to the region of the bcc phase in the phase diagram, and at 1.38 K, where the bcc phase is absent. It is found that during the evolution in both cases, the liquid inclusions are smaller than the diffusion length and diffusion is restricted. The measured coefficient of restricted diffusion made it possible to determine the characteristic size of the inclusions. In the first case, during the evolution of the liquid inclusions an intermediate bcc phase in the form of dendrites develops and separates the liquid inclusions into a mass of fine droplets. Because of the rapid growth of the bcc phase, the size of the droplets decreases rapidly and the process ends with the disappearance of the bcc phase and the formation of an amorphous state. The results derived from the measured diffusion coefficient correlate with the behavior of the spin-lattice relaxation time in this kind of system. In the second case, at a lower temperature, the bcc phase does not develop and the evolution of the liquid inclusions is accompanied by a very slow reduction in their size until their complete solidification.