Теплоемкость твердых растворов ³Не в ⁴Не

Abstract

Выполнен теоретический расчет избыточной низкотемпературной теплоемкости твердых растворов изо­ топов гелия с концентрацией порядка нескольких процентов ³Не в матрице ⁴Не. Предполагается, что при­ месный вклад в термодинамику раствора обусловлен фазовым расслоением твердого раствора и формирова­ нием квазиодномерных образований второй фазы из атомов ³Не посредством их оседания на линиях решеточных дислокаций либо путем выстраивания фрактальных структур. Избыточная теплоемкость имеет вид пика в области температур 50-200 мК, положение которого на оси температур зависит практически только от глубины потенциальной ямы е₀ = -1 К, создаваемой дислокацией для примесного атома, а высота определяется прежде всего значением параметра е = 10⁻⁶ - 10⁻³, представляющего собой долю узлов матри­ цы, которые могут быть заняты одномерной фазой. Влияние энергии взаимодействия примесей в объеме кристалла V — 0,1 К на форму и положение пика примесной теплоемкости оказывается незначительным. Полученные теоретические результаты демонстрируют хорошее согласие с известными из литературы экспе­ риментальными данными, полученными для раствора с х₃ = 0,9% при однозначном выборе подгоночных параметров e = 0,0058, V — 0,13 К и e₀ = —0,92 К.

Виконано теоретичний розрахунок надмірної низькотемпературної теплоємності твердих розчинів ізотопів гелію з концентрацією порядку декількох відсотків ³Не в матриці ⁴Не. Припускається, що домішковий внесок у термодинаміку розчину обумовлено фазовим розшаруванням твердого розчину і виник­ ненням квазіодновимірних формувань другої фази з атомів ³Не за допомогою їх осідання на лініях граткових дислокацій або шляхом будування фрактальних структур. Надмірна теплоємність має вигляд піка в області температур 50-200 мК, положення якого на вісі температур залежить практично тільки від глибини по­ тенціальної ями е₀ = -1 К, створеної дислокацією для домішкового атома, а висота визначається насамперед значенням параметра е = 10⁻⁶ - 10⁻³, що являє собою частку вузлів матриці, які можуть бути зайняті одно- вимірною фазою. Вплив знергії взаємодії домішок в об’ємі кристалу V — 0,1 К на форму і положення піка домішкової теплоємності виявляється незначним. Одержані теоретичні результати демонструють добре узгод- женння з відомими з літератури експеріментальними даними для розчину х₃ = 0,9% при однозначному виборі добіркових параметрів e = 0,0058, V = 0,13 К та e₀ = -0,92 К.

The authors have theoretically calculated the excess low temperature heat capacity of solid solutions of he­ lium isotopes with concentrations of a few per cents ³He in ⁴He. It is assumed that the impurity contribution to thermodynamics of the solution is due to phase stra­ tification of the solid solution and formation of quasi- one-dimensional structures of ³He atoms during their deposition on lines of lattice dislocations or construction of fractal structures. Excess heat capacity represents a peak in the temperature range 50-200 mK whose posi­ tion at the temperature axis depends practically only on the potential well depth е₀ = -1 К which is due to a dislocation for an impurity atom» the height depending primarily on the magnitude е = 10⁻⁶ - 10⁻³ i j,e the fraction of the lattice points that can be occupied by the one-dimensional phase. The effect of the energy of in­ teraction of impurities in the bulk crystal, V — 0.1 K, on the shape and position of the impurity heat capacity has been found insignificant. The theoretical result of the authors are in good agreement with experimental data for the solution with х₃ = 0.9% with single-valued choice of the adjustable parameters e = 0.0058, V = 0.3 K and e₀ = -0.92 K.