Введение к работе
с є ; .J. " Отдел
і<херт«йиедддьнОСТЬ ТЕШ
Возросший в последние годы интерес к конденсированным фв-зам изотопов водорода объясняется прежде всего существенным прогрессом, достигнутым в применении современных вычислительных методов дли решения квантомеханических задач. Вслед за расчётом характеристик отдельных атомов и молекул на повестку дня встал вопрос об описании свойств конденсированного состояния "из первых принципов". Простота строения молекул изотопов водорода делает их здесь удобным объектом для теоретического рассмотрения. С другой стороны, твёрдые изотопы водорода относятся к особой группе веществ - квантовым кристаллам, отличительной особенностью которых является высокий уровень нулевых колебаний в решётке и их ангармоничность. Как следствие этого возможно радикальное изменение свойств этих веществ при низких температурах. Квантовые эффекты из-за большой разниш в массах изотопов водорода приводят также к заметному различию макроскопических свойств этих изотопов, что делает эту систему особенно удобной для изучения изотопных эффектов. Наконец, молекулы изотопов водорода могут находиться в различных ортопарасостояниях. Благодаря этому появляется уникальная возможность изучать различные свойства модификаций, отличающихся друг от друга только ядерно-спиновыми состояниями, исследовать взаимодействие между анизотропными и изотропными молекулами, которые химически идентичны.
До настоящего времени не производились систематические исследования изотопов водорода в конденсированной фазе методами статической магнитной восприимчивости, что представляется несомненным пробелом в накопленном к данному моменту обширном экспериментальном материале. Это объясняется тем, что величины как абсолютных значений восприимчивости изотопов водорода, так и её изменений в различных процессах в конденсированной фазе крайне малы и для их изучения в широком температурном интервале требуются очень чувствительные методы, одним из которых является СКВИД-магнитометрия. Высокая чувствительность по магнитному моменту (~І0 Дж/Тл) в сочетании с широким диапазоном температур (2 * ЗОСК) и магнитных полей (0 * 0,ЗТл) дают методу преимущество перед классическими методами магнитных исследований вещества. Приведённые соображения позволяют считать СКВИД-магнитометрию изото-
пов водорода в конденсированной фазе актуальной задачей.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в разработке методики измерений статической магнитной восприимчивости изотопов водорода в конденсированной фазе с помощью СКВИД-магнитометра, создании действующих установок и проведении экспериментальных исследований свойств этих веществ в жидкой и твёрдой фазах.
Для решения поставленных задач анализировалась работа СКВИД- магнитометров с иелью создания установок с оптимизированными параметрами, обладающих повышенной чувствительностью и помехоустойчивостью, а также разработки надёжной методики определения абсолютных значений восприимчивости из первичных экспериментальных данных. Производились измерения статической магнитной восприимчивости протия и дейтерия как при фиксированной температуре жидкого гелия, так и в широком интервале температур от точки конденсации до 2К. Изучалась также временная зависимость восприимчивости твёрдого протия при 4,2К в процессе ортопараконверсии.
Результаты измерений использовались для решения следующих задач:
-
Определени.; абсолютных значений статической магнитной восприимчивости протия и дейтерия в жидкой и твёрдой фазах.
-
Исследования изотопных эффектов в конденсированной фазе.
-
Изучения процесса ортопараконверсии в твёрдом протии.
-
Исследования возможных фазовых переходов в твёрдой фазе.
-
Изучения ядерного парамагнетизма в твёрдом протии.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в том, что в ней впервые:
1. Проведено комплексное исследование статической магнитной
восприимчивости изотопов водорода в конденсированной фазе
в широком интервале температур.
-
Определены абсолютные значения магнитной восприимчивости изотопов водорода в жидкой и твёрдой фазах. Обнаружен изотопный эффект в диамагнитной восприимичтзссти протия и дейтерия в жидкой фазе.
-
Методом СКВИД-магнитометрии исследовано увеличение диамагнетизма твёрдого протия при 4,2К в результате ортопараконверсии. Установлено, что константа этого процесса близка к значениям, полученным с помощью других экспериментальных методик.
-
Исследована температурная зависимость восприимчивости протия и дейтерия в твердой фазе. Показано, что при достаточно медленном изменении температуры образцов температурный гистерезис в магнитной восприимчивости отсутствует.
-
Исследовано влияние термоциклирования твёрдых сбразцсз изотопов водорода при гелиевых температурах на отклик установки. Показано, что увеличение напряжённости образцов образцов может приводить к быстрому росту дефектов.
Ь. Проведено исследование ядерного магнетизма в твёрдом гротии в широком диапазоне температур (2 т І0К) и ортопа-засоставсв (40 f 1Ъ% о-Нр) в слабых магнитных полях М50мТл). 'становлено, что в исследовавшейся области температур и ор-'опарасоставов не происходит отклонений парамагнетизма дерных магнитных моментов ортомолекул от закона Кюри.
Полученные в диссертационной работе практические реко-ендации по выбору конструкционных материалов и оптимизации онструкции СКВИД-магнитсметров могут быть полезны при соз-ании установок, обладающих широким рабочим диапазоном и овышенной чувствительностью. Найденные аналитические зави-лмости, связывающие отклик магнитометра с формой и размера-' л измеряемого образца, могут использоваться при прецизион-эм определении абсолютных значений восприимчивости. Разра-этанная методика измерения восприимчивости изотопов водоро-1 в жидкой и твёрдой фазах послужит основой для исследова-ія магнитных свойств других конденсированных газов.
Полученные в диссертационной работе результаты способ-'вуют дальнейшему развитию научных представлений о природе інденсированного состояния изотопов водорода, а также об обенностпх поведения квантовых кристаллов.
Основные результаты диссертационной работы докладыва-сь на Московской городской конференции по химии и хими-ской технологии (Москва, 1967), на Всесоюзном совещании-минаре по физике криокристаллов и диффузионному массопере-;у (Алма-Ата, І9Б9), на ХХУ (Ленинград, 1988) и ХХУІ энецк, 1990) Всесоюзных Совещаниях по физике низких лператур.
По результатам диссертации опубликовано 4 печатные работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и содержит 135 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 8 таблиц и список литературя из 135 наименований.
