Анотація до роботи:

Міхін М. П. Кінетичні властивості гетерогенних систем в конденсованому гелії при наднизьких температурах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.09 - фізика низьких температур. - Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна HAH України, Харків, 2008.

У дисертації узагальнені результати серії експериментальних досліджень кінетичних властивостей ряду гетерогенних структур. Методом ЯМР вперше показана визначальна роль квантової дифузії при фазовому розшаруванні і гомогенізації твердих розчинів ³Не-⁴Не; виявлено явище спінової мульти-луни. Вперше виявлені і пояснені нові особливості ядерної спін-граткової і спін-спінової релаксації в гетерогенних розчинах квантових кристалів, побудована ліва гілка фазової діаграми розшарування твердих розчинів ³Не-⁴Не при наднизьких температурах. У двофазному ОЦК-ГЩП твердому гелії і в структурі ³Не-твердий водень виявлено новий аномально швидкий дифузійний процес. Показано, що фазовий перехід ОЦК-ГЩП проходить через переплавлення початкової фази. Досліджено гетерогенну систему, що проявляє одночасно властивості дво- і тривимірної надплинності, - субмоношари ⁴Не на скляній підкладці. Досліджено роль кільцевих течій при фазовому переході в тривимірний надплинний стан.

В дисертації розв’язано наукову проблему щодо встановлення нових закономірностей і особливостей кінетичних процесів, які пов'язані з гетерогенністю квантових систем, а саме, узагальнено результати серії експериментальних досліджень кінетичних властивостей гетерогенних структур, що можуть утворюватись у конденсованому гелії при наднизьких температурах і отримано нову інформацію про вплив гетерогенності на магнітні властивості таких систем.

Таким чином, було розвинуто наукові основи нового напрямку фізики низьких температур, який вивчає вплив гетерогенності на квантові властивості систем конденсованого гелію при наднизьких температурах.

Найголовнішими результатами дисертації є такі:

1. При піонерських ЯМР дослідженнях кінетики фазового розшарування твердих розчинів ³Не-⁴Не встановлено, що характерний час росту нової фази зменшується із зниженням температури в міру зміни коефіцієнта квантової дифузії з концентрацією та температурою. Виявлена і досліджена асиметрія процесів розшарування та гомогенізації розчинів квантових кристалів. Вперше спостережено явище спінової мульти-луни у розшарованих твердих розчинах ³Не-⁴Не, що пов’язано з проявом у них нелінійних ефектів ЯМР. Прямим вимірюванням коефіцієнта дифузії вперше зміряні розміри кристалітів дочірньої фази з високим вмістом ³Не в твердих розчинах ізотопів гелію, що розшарувалися.

2. Одержані перші відомості про ядерну спін-ґратову релаксацію у гетерогенних розчинах квантових кристалів: встановлено, що основним механізмом спін-ґратової релаксації в такій системі є зеєман-обмінна взаємодія; виявлено, що в концентрованій фазі область обмінного плато простирається аж до наднизьких температур; встановлено, що основним механізмом спін-ґратової релаксації в такій системі є зеєман-обмінна взаємодія.

3. Виявлено нові особливості ядерної спін-спінової релаксації у розшарованих твердих розчинах ³Не-⁴Не: у концентрованій фазі при Т >50 мК спін-спінова релаксація не залежить від температури і визначається тунельним обміном ³Не-³Не; при Т < 50 мК релаксація проходить значно швидше, що пов’язано з утворенням локальних градієнтів магнітного поля;

Встановлено, що у розбавленій фазі розшарованих твердих розчинів ³Не-⁴Не спін-спінова та спін-ґратова релаксації здійснюються так само, як у однорідному розбавленому розчині: час релаксації обернено пропорційний концентрації і добре узгоджується з теорією Торрі.

4. Спостережено новий просторово обмежений дифузійний процес з аномально великим значенням коефіцієнта дифузії у двох гетерогенних системах: у твердому гелії в процесі ОЦК-ГЩП перетворення, коли одночасно співіснують обидві фази; а також у системі ³Не - твердий водень, коли домішки ³Не утворюють квазі - одновимірну систему, локалізовану вздовж дислокацій у матриці Н₂.

5. Знайдені нові особливості в кінетиці ОЦК-ГЩП перетворенні у твердому гелії: фазовий перехід ОЦК-ГЩП поблизу потрійних точок проходить через переплавлення вихідної фази; у кристалах, що мають високу концентрацію дефектів, у гетерофазній системі ОЦК-ГЩП можуть легко утворюватись краплі рідкого гелію; виявлено сильну асиметрію переходу по відношенню до напрямку зміни температури.

6. За допомогою ЯМР вимірювань одержані відомості про рівноважну концентрацію ³Не у розбавленій фазі розшарованого розчину, що дозволило: (а) побудувати ліву гілку лінії фазового розшарування розчинів ³Не-⁴Не при наднизьких температурах; (б) установити, що побудована лінія фазової діаграми добре описується теорією Едвардса-Балібара.

7. За допомогою торсіонних експериментів досліджена гетерогенна система, яка утворена субмоношарами ⁴Не на скляній підкладці з розвиненою поверхнею. При цьому підтверджена одночасна наявність ознак двовимірної надплинності, які узгоджуються з теорією Костерліца-Таулеса, і тривимірної надплинності. Вперше показано, що тривимірна довжина когерентності обмежена знизу розмірами пор. Порівняння експериментальних результатів, отриманих на нерухомому і обертовому кріостатах показало важливу роль утворення вихорів у фазовому переході в тривимірний надплинний стан, який спостерігається у двовимірній гетерогенній структурі ⁴Не.

8. Для проведення вказаних досліджень була створена необхідна експериментальна база: кріогенний комплекс, який забезпечує експериментальні дослідження у діапазоні від 0,8 мК до 2 К (Комплекс одержав статус Державного Надбання України, постанова кабінету міністрів України №1709 від 19.12.2001р.); надійний термометр для наднизьких температур, заснований на вимірюванні кривої плавлення ³Не.

Публікації автора:

1. Mikheev, V. A., Maidanov, V. A., and Mikhin, N. P. Compact dilution refrigerator with a cryogenic circulation cycle of ³He / V. A. Mikheev, V. A.Maidanov, and N. P. Mikhin // Cryogenics. - I984. - N 4. - P. 190.

2. Майданов, В. А., Михин, Н. П., Омелаенко, Н. Ф., Рудавский, Э. Я., Рибалко, А. С., Чаговец, В. К., Михеев, В. А., Мохандас, П., Кавн, Б. Р., Сондерс, Дж. Рефрижератор растворения непрерывного действия с адсорбционной откачкой / В. А. Майданов, Н. П. Михин, Н. Ф. Омелаенко, Э. Я. Рудавский, А. С. Рыбалко, В. К. Чаговец, В. А. Михеев, П. Мохандас, Б. Р. Кавн, Дж. Сондерс // ФНТ. – 1993. – Т. 20, № 7. - С. 672 - 679.

3. Mohandas, P., Cowan, B. P., Sauders, J., Chagovets, V. K., Lukashev, V. N., Maidanov, V. A., Mikhin, N. P., Omelaenko, N. F., Rudavskii, E. Ya., and Mikheev, V. A. Continuosly operating cryogenic cycle dilution refrigerator / P. Mohandas, B. P. Cowan, J. Sauders, V. K. Chagovets, V. N. Lukashev, V. A. Maidanov, N. P. Mikhin, N. F. Omelaenko, E. Ya. Rudavskii, and V. A. Mikheev // Physica B. – 1994. – Vol. 194-196. - P. 55 - 56.

4. Михеев, В. А., Мовсесян, Г. Р., Бабаян, К. З., Мина, Р. Т., Майданов, В. А., Михин, Н. П., Чаговец, В. К., Шешин, Г.А. Кристаллизационный термометр с генератором на туннельном диоде для измерения сверхнизких температур / В. А. Михеев, Г. Р. Мовсесян, К. З. Бабаян, Р. Т. Мина, В. А. Майданов, Н. П. Михин, В. К. Чаговец, Г. А. Шешин // ПТЭ. - 1989. - № 1. - С. 226 - 227.

5. Майданов, В. А., Мильченко, М. И., Михин, Н. П., Неонета, А. С., Полев, А. В., Репин, В. Н., Рубец, С. П., Рыбалко, А. С., Семенов, С. Ф., Сырников, Е. В., Шилин, В. А., Вехов, Е. О. Кристаллизационный термометр для сверхнизких температур с охлаждаемым генератором на полевом транзисторе / В. А. Майданов, М. И. Мильченко, Н. П. Михин, А. С. Неонета, А. В. Полев, В. Н. Репин, С. П. Рубец, А. С. Рыбалко, С. Ф. Семенов, Е. В. Сырников, В. А. Шилин, Е. О. Вехов // ФНТ. – 2005. - Т. 31, № 11. - C. 1312 – 1316.

6. Михеев, В. А., Майданов, В. А., Михин, Н. П. Особенности кинетики распада твердых растворов ³He - ⁴He при сверхнизких температурах / В. А. Михеев, В. А. Майданов, Н. П. Михин // ФНТ. – 1986. – Т. 12, № 6. - C. 658 - 662.

7. Михеев, В. А., Майданов, В. А., Михин, Н. П., Кальной, С. Е., Омелаенко, Н. Ф. Особенности конденсированной фазы в условиях распада слабых твердых растворов ³Не в ⁴Не / В. А. Михеев, В. А. Майданов, Н. П. Михин, С. Е. Кальной, Н. Ф. Омелаенко // ФНТ. - 1988. - Т. 14, № 6. - С. 563 - 575.

8. Михин, Н. П., Майданов, В. А. Мульти-эхо в расслоившихся твердых растворах ³Не - ⁴Не в условиях ЯМР / Н. П. Михин, В. А. Майданов // ФНТ. – 2005. – Т. 31, № 6. - C. 658 - 662.

9. Шварц, В. А., Михин, Н. П., Рудавский, Э. Я., Усенко, А. И., Токарь, Ю. А., Михеев, В. А. Кинетика изотопического фазового разделения и диффузионные процессы в твердом растворе ³Не - ⁴Не / В. А. Шварц, Н. П. Михин, Э. Я. Рудавский, А. И. Усенко, Ю. А. Токарь, В. А. Михеев // ФНТ. - 1995. - T. 21, № 7. - С. 717 - 722.

10. Antsygina, T. N., Chishko, K. A., Mikhin, N. P., Rudavskii, E. Ya., Shvarts, V. A., and Slusarev, V. A. Evolution of the concentrated phase in separated solid ³He - ⁴He mixtures / T. N. Antsygina, K. A. Chishko, N. P. Mikhin, E. Ya. Rudavskii, V. A. Shvarts, and V. A, Slusarev // J. Low Temp. Phys. – 1998. – Vol. 111, № 1/2. - P. 19 - 36.

11. Шварц, В. А., Михин, Н. П., Рудавский, Э. Я., Токарь, Ю. А., Усенко, А. И., Михеев, В. А. Линия расслоения слабых твердых растворов / В. А. Шварц, Н. П., Э. Я. Рудавский, Ю. А. Токарь, А. И. Усенко, В. А. Михеев // ФНТ. - 1994. – Т. 20, № 7. - C. 645 - 649.

12. Михин, Н. П., Полев, А. В., Рудавский, Э. Я., Шварц, В. А. Спин-решеточная релаксация в расслоившемся твердом pастворе ³He - ⁴He / Н. П. Михин, А. В. Полев, Э. Я. Рудавский, В. А. Шварц // ФНТ. – 1997. - Т. 23, № 5/6. - C. 607 – 614.

13. Михин, Н. П., В. А. Майданов, Полев, А. В. Спин-решеточная релаксация в ОЦК фазе расслоившихся твердых растворов ³Не - ⁴Не / Н. П. Михин, В. А. Майданов, А. В. Полев // ФНТ. – 2002. - Т. 28, № 4. – С. 344 - 348.

14. Михин, Н. П., Полев, А. В., Рудавский, Э. Я., Cырников, Е. В., Шварц, В. А. Ядерная спин-спиновaя релаксация в двухфазных твердых растворах ³Не - ⁴Не при сверхнизких температypax / Н. П. Михин, А. В. Полев, Э. Я. Рудавский, Е. В. Cырников, В. А. Шварц // ФНТ. – 2000. - Т. 26, № 6. - С. 541 – 549.

15. Rudavskii, E., Mikhin, N., Polev, A., Shvarts, V., and Syrnikov, E. Spin-spin relaxation in phase-separated ³Не-⁴Не solid mixtures / E. Rudavskii, N. Mikhin, A. Polev, V. Shvarts, and E. Syrnikov // J. Low Temp. Phys. – 2000. – Vol. 121, N 5/6. - P. 707 - 712.

16. Рудавский, Э. Я. Михин, Н. П., Омелаенко, Н. Ф., Полев, А. В., Шварц, В.А. Термомагнитная релакcaция в двухфазных твердых растворах ³He - ⁴He / Э. Я. Рудавский, Н. П. Михин, Н. Ф. Омелаенко, А. В. Полев, В. А. Шварц // ФНТ. – 1998. – Т. 20, № 12. - С. 1127 - 1135.

17. Mikhin, N. The broadening of NMR line in heterogeneous ³Не - ⁴Не structures below 50 mK / N. Mikhin // J. Low Temp. Phys. – 2005. - Vol. 138, N 3/4. - P. 817 - 822.

18. Rudavskii, E. Ya., Mikhin, N. Р., Shvarts, V. A., Usenko, A. M., Mikheev, V. A., and Tokar', Yu. A. Equilibrium phase diagram and kinetics of isotopic phase separation of 3 % ³He in HCP ⁴He mixtures / E. Ya. Rudavskii, N. P. Mikhin, V. A. Shvarts, A. M. Usenko, V. A. Mikheev, and Yu. A. Tokar' // J. Low Temp. Phys. – 1995. – Vol. 101, N 3/4. – P. 845 - 850.

19. Михин, Н. П., Полев, А. В., Рудавский, Э. Я., Наблюдение аномально быстрого диффузионного процесса в твердых растворах ³Не - ⁴Не вблизи ОЦК - ГПУ перехода / Н. П. Михин, А. В. Полев, Э. Я. Рудавский // Письма в ЖЭТФ. - 2001. – Т. 73, вып. 9. - С. 531 - 535.

20. Mikhin, N. Polev, A., Rudavskii, Е. Spin diffusion processes in solid ³He - ⁴He mixtures near the BCC - HCP phase iransition at the melting curve / N. Mikhin, A. Polev, and E. Rudavskii // J. Low Temp. Phys. – 2002. - Vol. 127, N 5/6. - P. 279 - 287.

21. Вехов, Е. О., Михин, Н. П., Полев, А. В., Рудавский, Э. Я. Кинетические процессы в тройных точках на кривой плавления ⁴Не / Е. О. Вехов, Н. П. Михин, А. В. Полев, Э. Я. Рудавский // ФНТ. – 2005. - Т. 31, № 12. - С. 1341 – 1348.

22. Mikhin, N., Polev, A., Rudavskii, Е., Vekhov, Ye. Effect of crystal quality on HCP-BCC phase transition in solid ⁴He / N. Mikhin, A. Polev, E. Rudavskii, and Ye. Vekhov // J. Low Temp. Phys. – 2007. - Vol. 148, N 5/6. - P. 707 – 711.

23. Михеев, В. А., Майданов, В. А., Михин, Н. П. Обнаружение квазиодномерной диффузии ³Не в твёрдом водороде / В. А. Михеев, В. А. Майданов, Н. П. Михин // ФНТ.- 1981.- Т. 7, № 5.- С. 670 - 674.

24. Mikhin, N., Maidanov, V. ³He Anomalously high spin diffusion in solid para-hydrogen / N. Mikhin and V. Maidanov // J. Low Temp. Phys. - 2007. - Vol. 148, N 5/6. - Р. 701 - 705.

25. Mikhin, N. P., Syvokon, V. E., Obata, T., Kubota, M. Torsion oscillator study of three-dimensional superfluidity of ⁴He thin films in 10 mkm porous glass / N. P. Mikhin, V. E. Syvokon, T. Obata, and M. Kubota // Physica B. – 2003. – Vol. 329-333. - P. 272 - 273.

26. Kubota, M., Obata, T., Ishiguro, R., Yamashita, M., Igarashi, T., Hayata, E., Ishikawa, O., Sasaki, Yu., Mikhin, N., Fukuda, M., Kovacik, V., and Mizusaki, T. Superfluidity and quantized vortex studies under rotation up to 4 Hz at mK and 1 Hz at sub-mK temperatures / M. Kubota, T. Obata, R. Ishiguro, M. Yamashita, T. Igarashi, E. Hayata, O. Ishikawa, Yu. Sasaki, N. Mikhin, M. Fukuda, V. Kovacik, and T. Mizusaki // Physica B. – 2003. – Vol. 329-333. - P. 1577 - 1578.

27. Obata, T., Fukuda, M., Mikhin, N., Reppy, J D., and Kubota, M. Torsional oscillator study of He Films under High Speed Rotation / T. Obata, M. Fukuda, N. Mikhin, J. D. Reppy, and M. Kubota // J. Low Temp. Phys. – 2004. - Vol. 134, N 1/2. - P. 559 - 565.

28. А.с. 1413383 СССР МКИ F 25 B 9/02, F 25 J 1/02. Способ получения сверхнизких температур, его варианты / и установка для его осуществления, её варианты / В. А. Михеев, В. А. Майданов, Н. П. Михин, В. Н. Репин (СССР). – № 3771603/23-06 ; заявл. 20.07.84 ; опубл. 30.07.1988, Бюл. № 28. – 5 с.

29. Mikhin, N., Polev, A., Rudavskii, E. Areas with anomalously fast diffusion in BCC-HCP mixtures of ³He-⁴He. Appearance and disappearance / N. Mikhin, A. Polev, E. Rudavskii // Abstracts. QFS 2003: Quantum Fluids and Solids International Symposium. The University of New Mexico. 3-8 August 2003. Albuquerque, NM, USA, 2003, . — 64 C. – Abstract 203.

30. Mikhin, N. P., Rudavskii, E. Ya., Vekhov, Ye. O. New peculiarities of the bcc-hcp transition in solid helium / N. P. Mikhin, E. Ya. Rudavskii, Ye. O. Vekhov // QFS2007: International Symposium on Quantum Fluids and Solids August 1-6, 2007: Book of abstracts and program. Kazan State University, 2007. P. 72.

31. Mikhin, N. P., Rudavskii, E. Ya., Vekhov, Ye. O. New features of the BCC-HCP transition in solid selium / N. P. Mikhin, E. Ya. Rudavskii, Ye. O. Vekhov // Sixth International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals: CC-2006, Program and abstracts, September 3-7, 2006, Kharkov, Ukraine, P. 13.

32. Mikhin, N. P., Polev, A. V., Rudavskii, E. Ya., Vekhov, Ye. O. The role of liquid helium at BCC-HCP phase transition in ³He – ⁴He systems / N. P. Mikhin, A. V. Polev, E. Ya. Rudavskii, Ye. O. Vekhov // 3^rd International Conference Physics of liquid matter: Modern Problems (PLM MP), May 27-31, 2005, Kyiv: Abstracts, Ukraine, Ukraine, P. 231.

33. Mихин, Н. П., Mайданов, В.А., Полев А.В. Спин-решеточная релаксация в расслоившемся ОЦК растворе ³Не-⁴Не / Н. П. Mихин, В. А. Mайданов, А. В. Полев // HT-32: 32 Всероссийское совещание по физике низких температур, Казань, 3-6 октября 2000.: тезисы докладов секции QL: «Квантовые жидкости и кристаллы». QLo5. C. 13.

34. Rudavskii, E. Ya., Mikhin, N. P., Polev, A. V. NMR study of diffusional process in solid ³He-⁴He mixtures near the BCC-HCP transition. / E. Ya. Rudavskii, N. Mikhin, A. V. Polev // The 23^rd International Conference on Low Tempera-ture Physics, LT23. Hiroshima, Japan, August 20-27, 2002: Program & Abstracts. 23AP1, P. 275

35. Михин, Н. П., Полев В.А., Рудавский Э.Я. Aномально быстрая спиновая диффузия в твердых растворах ³Не - ⁴Не вблизи ОЦК - ГПУ перехода. / Н. П. Михин, В. А. Полев, Э. Я. Рудавский // Физические явления в твердых телах: Материалы 6-й международной конференции (Харьков, 28-29 октября 2003 г.) / М-во освіти і науки України, Харк. нац. ун-т ім. В. Н. Каразіна. — Х., : Харк. нац. ун-т ім. В. Н. Каразіна, 2003. — 112 с. - С. 18.

36. Mikhin, N. P., Polev, A. V., Rudavskii, E. Ya. Properties of BCC-HCP phase transition in ³He-⁴He solids out of melting curve. // N. Mikhin, A. V. Polev, E. Ya.Rudavskii / International Symposium on Quantum Fluids and Solids. Trento, July 5-9, 2004. Abstracts. — Universiry of Trento. c/o Molino Vittoria, Via Verdi 6, 38100 Trento, Italy, 2004.. — 96 c. P. 33.

37. Obata, T., Mikhin, N., Fukuda M., Reppy, J. D., Kubota, M. Torsional oscillator study of He films under high speed rotation. // T. Obata, N. Mikhin, M. Fukuda, J. D. Reppy, M. Kubota / Abstracts. QFS 2003: Quantum Fluids and Solids International Symposium. The University of New Mexico. 3-8 August 2003. — The University of New Mexico, Albuquerque, NM, USA, 2003, . — 64 C. – Abstract 177.

38. Mikhin, N. P., The broading of NMR line in heterogeneous ³He-⁴He structures below 50 mK. // N. P. Mikhin / International Symposium on Quantum Fluids and Solids. Trento, July 5-9, 2004. Abstracts. — Universiry of Trento. c/o Molino Vittoria, Via Verdi 6, 38100 Trento, Italy, 2004.. — 96 c. P. 39.