к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Квантованные вихри в гелии

Квантованные вихри в гелии - линейные особенности параметра порядка в сверхтекучем 4Не (Не-II) и сверхтекучих фазах 3Не. Квантованные вихри в гелии в Не-II - вихревые линии в жидкости, на к-рых нарушена сверхтекучесть; циркуляция скорости vs сверхтекучей фазы по замкнутому контуру, охватывающему линию вихря, квантована: 265_284-19.jpg где (κ = h/m4 = 0,997.10-3 см2/с - квант циркуляции скорости, h - постоянная Планка, m4 - масса атома 4Не, n - целое число [Л. Онсагер (L. Onsager), 1948]. Существование квантованных вихрей в гелии - следствие вырождения состояний Не-II, задаваемых параметром порядка y(r) = |y|еj, по фазе j. Здесь |y|2=rs - плотность сверхтекучего компонента. Скорость сверхтекучего движения vs=(h/2pm4)nj, и циркуляция vs по замкнутому контуру пропорциональны изменению фазы, равному 2pп. В случае прямолинейного вихря vs=(/2pr, где r - расстояние от оси вихря. При r '' 0 плотность кинетич. энергии сверхтекучего движения rsv2s/2 остаётся конечной благодаря разрушению сверхтекучего состояния на оси вихря (где rs=0). Квантование циркуляции - фундаментальное свойство Не-II. Оно запрещает как непрерывное уменьшение интенсивности вихрей под действием вязкости, так и рождение вихрей с произвольной величиной циркуляции, что обеспечивает незатухающий характер сверхтекучего движения. Существование конечной критической скорости vc течения сверхтекучего Не-II по тонким трубкам обусловлено рождением квантованных вихрей при достижении потоком скорости vc= ((/2pR) ln(R/а) (а - толщина ядра вихря, R - радиус капилляра). Движением квантованных вихрей обусловлено также трение между сверхтекучим и нормальным компонентами и квантование разности давлений в сосудах, сообщающихся через достаточно узкое отверстие (механический аналог Джозефсона эффекта). Из квантования циркуляции скорости при обходе оси вихря следует, что квантованные вихри не могут оканчиваться внутри жидкости, они либо пронизывают весь сосуд, либо образуют замкнутые вихревые кольца. Динамика вихревых колец изучалась в экспериментах с ионами, инжектируемыми в Не-II. Прямолинейные вихри наблюдаются в экспериментах с Не-II во вращающихся сосудах. Условие потенциальности сверхтекучего течения (rot vs=0) запрещает твердотельное вращение сверхтекучего компонента в сосуде, вращающемся с угл. скоростью W, поскольку в этом случае vs=[Wr] и rot vs=2W (не равен нулю). Вращат. движение передаётся сверхтекучему компоненту посредством вращающейся вместе с сосудом двумерной периодической решётки вихревых нитей, оси к-рых параллельны вектору угловой скорости вращения сосуда. Такая вихревая решётка подобна решётке квантованных вихрей в сверхпроводниках 2-го рода в магнитном поле (А. А. Абрикосов, 1957). Распределение скорости в решётке вихрей в среднем имитирует твердотельное вращение сверхтекучего компонента так, что число вихрей N, пронизывающих площадь поперечного сечения сосуда S, каждый из к-рых несёт один квант циркуляции, находится из условия (N = 2WS, что даёт N/S = 2000 вихрей/см2 при W - = 1 рад/с. Вихревые решётки - общее явление для всех вращающихся сверхтекучих жидкостей: Не-II, сверхтекучих А- и B-фаз 3Не, вращающихся нейтронных звёзд-пульсаров. Квантованные вихри в сверхтекучей A-фазе 3Не - частный вид линейных особенностей ноля параметра порядка этой фазы. Существование линейных особенностей - следствие вырождения состояний A-фазы, характеризуемых параметром порядка Аai(r) = D(T)da(r)Di(r)по ориентациям векторов d и D. Единичный спиновый вектор d определяет направление оси квантования спинов куперовских пар (спин пары S = 1), равновероятно распределённых в плоскости, перпендикулярной d. D = D'+iD'' - комплексный вектор, D' и D'' - единичные ортогональные векторы, определяющие направление l = [D'D''] - орбитального момента куперовских пар (момент пары L = l), D(T) - множитель, зависящий от температуры. Движение центров масс куперовских пар в A-фазе 3Не неотделимо от внутр. вращат. движения атомов в куперовских парах. Поэтому сверхтекучее движение в А -фазе непотенциально:
265_284-20.jpg
[Н. Д. Мермин, Т--Л. Хо (N. D. Mermin, T.-L. Но), 1976.] Циркуляция сверхтекучей скорости vs в A-фазе 3Не не квантуется. Тем не менее в A-фазе существуют устойчивые особые линии, на к-рых разрушена сверхтекучесть. Топологич. анализ особых линий (Г. Е. Воловик, В. П. Минеев, 1976) позволил разбить их на классы, включающие линии, преобразующиеся (в каждом классе) друг в друга непрерывным преобразованием поля параметра порядка. Линии, принадлежащие разл. классам, нельзя перевести друг в друга (или в линии без особенности на оси) непрерывной деформацией поля параметра порядка. Типичны три класса устойчивых особых линий в A-фазе 3Не. 1-й класс - линии, при обходе к-рых по замкнутому контуру g тройка векторов D', D'', l совершает поворот на угол 2p вокруг фиксированного направления, произвольно ориентированного в пространстве. Все особые линии L из этого класса эквивалентны, т. е. преобразуются друг в друга непрерывной деформацией векторного поля (D', D'', l).

265_284-21.jpg

В частности, если ось поворота n совпадает с l (рис. а), то особая линия представляет собой вихрь с одним квантом циркуляции
265_284-22.jpg
Если n совпадает с D' (рис. б), то особая линия представляет дисклинацию целой силы в поле векторов D'' и l. Циркуляция vs вокруг такой особой линии равна нулю. Слияние двух особых линий из этого класса приводит к неособой конфигурации поля параметра порядка, т. е. к восстановлению сверхтекучести на линии особенности. В частности, слияние двух особых вихрей с одним квантом циркуляции приводит к образованию вихревого течения с непрерывным распределением завихренности. Во вращающейся A-фазе 3Не методами ЯМР обнаружены непрерывные вихри с двумя квантами циркуляции по границе элементарной ячейки вихревой решётки. 2-й и 3-й классы - всевозможные особые линии L, при обходе к-рых по замкнутому контуру вектор d меняется на -d, а D на Dеbip = -D. Особые линии этих классов представляют сочетания вихрей с b1/2 (половиной) кванта циркуляции сверхтекучей скорости и дисклинации полуцелой силы в поле вектора d. Отдельное существование такого рода особенностей в полях d и D невозможно. Слияние двух особых линий из класса 2-го (или из класса 3-го) приводит к особым линиям из класса 1-го. Слияние особых линий из класса 2-го и из класса 3-го приводит к неособой конфигурации поля параметра порядка. В A-фазе 3Не возможно также существование объектов, подобных монополям,- вихрей с двумя квантами циркуляции, оканчивающихся в объёме с жидкостью в точке с точечной топологич. особенностью - "ежом" в поле вектора l. Когда такой вихрь стягивается в точку на поверхности сосуда, он образует точечную поверхностную особенность в поле параметра порядка - буджум (см. Гелий жидкий). Всякие дополнит. взаимодействия - спин-орбитальное, магн. поле и т. д.- изменяют структуру параметра порядка сверхтекучей A-фазы 3Не и приводят к др. классификации особых линий и точек, а также к существованию топологически устойчивых неоднородных конфигураций параметра порядка - доменных стенок, солитонов и пр. Квантованные вихри в В-фазе 3Не подобны квантованным вихрям в Не-II. Лит.: Фейнман Р., Статистическая механика, пер. с англ., М., 1975; Воловик Г. Е., Минеев В. П., Исследование особенностей в сверхтекучем Не3 и жидких кристаллах методами гомотопической топологии, "ЖЭТФ", 1977, т. 72, в. 6, с. 2256; Паттерман С., Гидродинамика сверхтекучей жидкости, пер. с англ., М., 1978; Воловик Г. Е., Сверхтекучие свойства А-фазы Не3, "УФН", 1984, т. 143, с. 73; Б у н ь к о в Ю. М. и др., ЯМР-спектроскопия вращающегося сверхтекучего Не3, "УФН", 1984, т. 144, с. 141; A v e n e 1 О., Varoquax E., Josephson effect and phase slippage in superfluids, в кн.: Proceedings of the 18 International Conference on low temperature physics, pt 3, Invited Papers, Kyoto, 1987, p. 1798. В. П. Минеев.
Квантованные вихри в сверхпроводниках II рода - линейные особенности параметра порядка, существующие в сверхпроводниках II рода при значениях напряжённости внеш. магн. поля между ниж. критич. Hc1 и верх. критич. Нс2 полем (в смешанном состоянии сверхпроводника, А. А. Абрикосов, 1957). В интервале Hc1[H[Hc2 внеш. магн. поле проникает в толщу сверхпроводника в виде тонких трубок - квантованных вихрей, образующих двумерную решётку (см. Решётка вихрей Абрикосова). Существование смешанного состояния (т. е. принадлежность сверхпроводника к сверхпроводникам II рода) гарантируется условием (>1/Ц2, где d/x есть отношение глубины проникновения d магн. поля в сверхпроводник к длине когерентности x. Параметр порядка равен нулю на оси квантованного вихря и восстанавливается до равновесного значения без поля на расстоянии ~ x от оси. Эта область наз. сердцевиной (к о р о м) вихря. Вокруг оси квантованного вихря циркулирует незатухающий сверхпроводящий ток, исчезающий на расстоянии ~ d от оси вихря. Из условия минимума свободной энергии сверхпроводника следует, что вихревая нить всегда несёт один квант магн. потока Ф0=h/2е~2,07.10-15 Вб, так как энергия вихревой нити на единице длины есть (nФ0/4pd)2 ln (Сd/x), и нить с двумя квантами (п=2) имеет вдвое большую энергию, чем две нити с одним квантом потока (n=1). Образование решётки из квантованных вихрей обусловлено их взаимным отталкиванием. С существованием квантованных вихрей связана характерная линейная температурная зависимость теплоёмкости сверхпроводников II рода при низких температурах. При неподвижной решётке квантованных вихрей электрич. сопротивление у сверхпроводников II рода отсутствует. Движение квантованных вихрей в скрещенных магнитного и электрического полях, сопровождающееся диссипацией энергии, приводит к появлению электрич. сопротивления. Значение критич. тока, выше к-рого появляется электрич. сопротивление, определяется силой зацепления (пиннинга) квантованных вихрей на неоднородностях кристаллич. решётки (дислокациях, примесях и др.) сверхпроводника. Непосредств. наблюдение квантованных вихрей было впервые осуществлено методами магнитной нейтронографии (1964), позднее (1967) для наблюдения картины выхода вихревой структуры на поверхность сверхпроводников II рода были использованы тонкие ферромагн. порошки (с диаметром частиц ~4 нм).

Литература по квантованным вихрям в гелии

  1. Сан-Жам Д., Сарма Г., Томас Е. Сверхпроводимость второго рода, пер. с англ., М., 1970;
  2. Горьков Л. П., Копнин Н. Б., Движение вихрей и электросопротивление сверхпроводников второго рода в магнитном поле, "УФН", 1975, т. 116, с. 413;
  3. Тинкхам М. Введение в сверхпроводимость, пер. с англ., М., 1980:
  4. Larkin A. I., Ovchinnikov Ju. N., "Physica", 1984, v. 126 B + C, p. 187;
  5. Thuneberg E. V., Kurkijarvi Т., Rainer D., "Phys. Rev. B", 1984, v. 29, p. 3913;
  6. Абрикоcов А. А., Основы теории металлов, М., 1987.

В. П. Минеев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что релятивизм (СТО и ОТО) не является истинной наукой? - Истинная наука обязательно опирается на причинность и законы природы, данные нам в физических явлениях (фактах). В отличие от этого СТО и ОТО построены на аксиоматических постулатах, то есть принципиально недоказуемых догматах, в которые обязаны верить последователи этих учений. То есть релятивизм есть форма религии, культа, раздуваемого политической машиной мифического авторитета Эйнштейна и верных его последователей, возводимых в ранг святых от релятивистской физики. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution