Теплопроводность твердого гелия

Квантовые кристаллы. При исследовании изотопических эффектов в теплопроводности твёрдых тел на первом этапе наибольшее внимание было уделено гелию, поскольку его изотопы имеют большую разность в массах и могут быть относительно легко получены в химически очень чистом виде. Кроме того, изменяя давление, можно в широких пределах менять молярный объём гелия и, соответственно, изменять квантовые вклады в равновесные свойства. В экспериментальных работах [151-157] было продемонстрировано, что изотопические примеси сильно подавляют теплопроводность твёрдого гелия. Особенно впечатляющие данные получили Д. Лоусон и Г. Фейер-банк [156], которые сумели получить очень чистые (изотонически и химически) и совершенные монокристаллы Не. Добавление очень небольшого количества Не — десять миллионных частей — привело к значительному, примерно двукратному, уменьшению теплопроводности в максимуме. Анализ уже первых экспериментов на гелии показал, что скорость рассеяния фононов на флуктуациях массы, расчитанная по формуле (12.1.17), является недостаточно сильной, чтобы описать наблюдаемое подавление теплопроводности изотопическими примесями. Дж. Каллауэй [158] предложил, что добавочное сопротивление обусловлено рассеянием фононов на поле деформаций решётки около изотопической примеси. В рамках простой модели П. Клеменс и А. Ма-радудин [159] нашли, что масштаб этого эффекта может быть действительно достаточно большим. Более детальные расчёты [160-163] подтвердили это и показали, что в определённых условиях рассеяние на поле деформаций в гелии может быть в несколько раз сильнее, чем рассеяние на флуктуациях массы. [c.81]

Недавно O.A. Королюк с коллегами [166] впервые провели экспериментальные исследования изотопического эффекта в теплопроводности кристаллов водорода. Были проведены измерения влияния примесей ортодейтерия на теплопроводность твёрдого параводорода в области температур от 1,8 до 9 К. Молекулы таких спин-ядерных модификаций водорода находятся в основном ротационном состоянии с моментом J = О, что обеспечивает взаимодействие между молекулами в растворе посредством сил центрального типа и это существенно упрощает ситуацию. Анализ температурных зависимостей теплопроводности для концентраций нримесей от 0,01% до 1% показал, что добавочное рассеяние фононов полем возмущений вокруг изотопической примеси оказывается весьма значительным — оно увеличивает полное изотопическое рассеяние по сравнению с чисто масс-флуктуационным приблизительно в 1,64 раза. Такое усиление сравнимо с усилением в твёрдых растворах гелия, хотя меньше примерно раза в два, но больше, чем соответствующий эффект в твёрдом неоне. [c.82]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология