Квазичастицы и сверхтекучесть

Покажем, что газ квазичастиц с законом дисперсии (о(к) обладает свойством сверхтекучести. Это значит, что ни трение о стенки трубки или о поверхность любого тела, движущегося относительно газа, ни внутреннее трение в газе не может привести к замедлению потока и к переходу кинетической энергии потока в энергию возбуждений. Будем рассматривать газ при Г = О, так что возбуждения (квазичастицы) в нем отсутствуют. Так как импульс к и энергия 0) к) квазичастиц определены в покоящейся среде, будем считать газ покоящимся, а стенки трубки или тело, помещенное в газ, движущимися по отношению к газу со скоростью V. [c.368]

В теории Ландау [154] был введен критерий сверхтекучести. Представим себе гелий, текущий по капилляру со скоростью V. Если перейти в систему отсчета, связанную с гелием, то он будет находиться в покое, а стенки трубки будут двигаться со скоростью —V. Если возникнет вязкость, то движущаяся трубка начнет увлекать за собой покоящийся гелий. Это значит, что у гелия изменится импульс Р и энергия Е. Но, как мы знаем из гл. II, у однородной квантовой системы изменение энергии и импульса происходит путем появления квазичастиц. Пусть появилась квазичастица с импульсом р и энергией г р). Перейдем обратно в лабораторную систему отсчета, связанную с трубкой. В этой системе энергия и импульс равны [c.287]

Из формулы (16.20) вытекает, что в спектре квазичастиц имеется энергетическая щель А. Это не только соответствует экспериментальным данным по теплоемкости, но и объясняет саму сверхпроводимость. Критическая скорость, по критерию Ландау 1(16.1), является конечной у - А/р т. е. при меньших скоростях электронная жидкость обладает сверхтекучестью. Поясним еще, что энергия связи куперовской пары равна 2А. При развале куперовской пары получаются две квазичастицы, т. е. на образование каждой квазичастицы надо затратить энергию А. [c.298]

Можно также поставить вопрос о спаривании с ненулевые орбитальным моментом, / 0. Исследование этого вопроса показывает, что если амплитуда рассеяния электронов существенно-зависит от угла и в ее разложении по сферическим гармоникам (каждая соответствует определенному I) имеются отрицательные коэффициенты, то может осуществляться спаривание, соответствующее отрицательному коэ ициенту, наибольшему по абсолютному значению Абрикосов, Горьков, Ландау, Халатников, 1958, см. [4, 20]). Пример такого рода в природе имеется—это-ферми-жидкость—сверхтекучий Не. В нем действительно возникает спаривание квазичастиц с орбитальным моментом / = 1 и параллельными спинами, что приводит к сверхтекучести (см. обзоры [161, 162]), но Не—нейтральная ферми-жидкость. Среди металлов спаривание с ненулевым орбитальным моментом, возможно, осуществляется в так называемых системах с тяжелыми) фермионами , но пока этот вопрос недостаточно изучен. [c.299]

Этот гамильтониан представляет собой квадратичную форму относительно операторов Ъ и к приводится к диагональному виду с помощью Боголюбова канонического преобразования. Т, о., для энергии квазичастиц получается ф-ла (2). Анализ утой ф-jnii показывает, что модель слабонеидеального Б.-г, может объяснить свойство сверхтекучести, типичное для квантовых жидкостей, а также образование вихревых нитей. [c.219]

Важнейшим свойством бозевской жидкости при низких темп-рах является ее сверхтекучесть — способность двигаться относительно сосуда без диссипации энергии. Как показал Л. Д. Ландау (1941), это свойство тесно связано с видом спектра квазичастиц. Диссипации энергии при абс, нуле темп-ры означает рождение квазичастиц при движении. Однако для спектра, показанного на рис., такой ироцесс невозможен при достаточно малой скорости движения в силу законов сохранения энергии и нмнульса. [c.270]

Неидеальные вырожденные газы. Исследование свойств таких газов при условии малости газового параметра т) представляет существ, интерес. В фер-миевском газе поправка к энергии оси. состояния оказывается т]7 . Спектр квазичастиц в случае газа с отталкиванием между частицами совпадает (с точностью до поправок т) ) со спектром свободных частиц, В спектре газа с притяжением между частицами возникает экспоненциально малая (по параметру т / ) щель, что связано со сверхтекучестью (см. также Сверхпроводимость), и появляется фононная ветвь. Энергия осн. состояния, равная нулю у идеального бозе-газа, составляет Ы1У)Чшх иПИ 1т для неидеаль-вого. Спектр квазичастиц при малых р является фононным, а при больших р переходит в спектр свободных частиц (см. также Квантовая жидкость). [c.671]

Н. Н, Боголюбовым для описания сверхпроводимости метод и—и-преобразования послужил основой сверхтекучей модели ядра (В. Г. Соловьёв, С. Т. Беляев). Важную роль в понимании значения сверхтекучести и взаимодействия между квазичастицами в коллективных свойствах ядер сыграла микроскопич. теория квадрупольиых ядерных возбуждений (С. Т. Беляев, 1959). Коллективная. модель интерпретировала эти возбуждения как поверхностные колебания, в то время как микроскопич. теория приводила к объёмным колебаниям—аналогу нулевого звука в фер-ми-жидкости. Это противоречие было устранено в 1972 [c.659]

Как показано в работе [7], свойство сверхтекучести возникает у бозе-эйнштейновского газа со слабьш взаимодействием между частицами или Квазичастицами, хотя и отсутствует у идеального бозе-газа.—Прим. ред. [c.328]

В 1947 г. Л. Д. Ландау на основе анализа экспериментальных данных предложил закон дисперсии квазичастиц (зависимость энергии от импульса р), графически представленный на рис. 5.7. Начальный линейный участок кривой соответствует звуковым квантам — фоно-нам. Далее с ростом p/h функция ё р) достигает максимума, после чего убывает и при некотором р=ро проходит через минимум, в котором р) = А ро). С точностью до членов второго порядка малости область кривой вблизи po/h можно аппроксимировать функцией р) = А+ р — ро) /т. Квазичастицы, соответствующие этой области импульсов и энергии ё = А- - р — Ро)" /т, были названы ротонами (то — эффективная масса ротона, Д — его минимальная энергия). В тепловом равновесии возбуждение фононов и ротонов определяет термодинамическое поведение жидкого гелия, поскольку эти квазичастицы имеют энергии вблизи минимумов функций = р) (фононы — вблизи S = О, ротоны — вблизи (о = Д). Таким образом, оба сорта квазичастиц описывают разные участки кривой S = S p), между которыми есть непрерывный переход, т.е. и фононы, и ротоны относятся к одному физическому объекту — квантовой жидкости НеП. Именно существование описанного энергетического спектра позволило Л. Д. Ландау объяснить явление сверхтекучести (см. [9, 11]). [c.116]

Благодаря значит, подавлению теплового движения атомов при Н. т, удалось обнаружить большое число макроскопич, явлений, имеюпщх квант, природу существование гелия в жидком состоянии вплоть до абс, нуля темп-ры (О К), явления сверхтекучести, сверхпроводимости и др. При Н, т, состояние тв. тела можно рассматривать как упорядоченное состояние, соответствующее О К, но с учётом влияния газа элем, возбуждений — квазичастиц. Введение разл. типов квазичастиц [фононы, дырки, магноны и др.) позволяет описать многообразие св-в в-в при И. т. Термодинамич. св-ва газа квазичастиц определяют наблюдаемые макроскопич. равновесные св-ва в-ва. В свою очередь, методы статистич. физики позволяют вычислить св-ва газа квазичастиц из характера связи их энергии и импульса [дисперсии закона), устанавливаемого на базе изучения теплоёмкости, теплопроводности и др. тепловых и кинетич. св-в тв. тел при Н. т. На основе закона дисперсии магнонов удалось объяснить температурную зависимость намагниченности ферро- и антиферромагнетиков. Установление закона дисперсии эл-нов в металлах позволило объяснить ряд низкотемпературных св-в металлов (см. Гальваномагнитные явления, Де Хааза — ван Алъфена эффект, Циклотронный резонанс). Н, т. широко [c.468]

Эффекты, сопутствующие сверхтекучести. В сверхтекучей жидкости, кроме обычного (первого) звука (колебаний плотности), может распространяться т. н. второй звук, представляющий собой звук в газе квазичастиц (колебания плотности квазичастиц, следовательно, и темп-ры). Возможны и иные виды колебаний капиллярные волны, звук, колебания сверхтекучей части жидкости в узких капиллярах (т. н. четвёртый звук) и др. Сверхтекучая жидкость обладает аномально высокой теплопроводностью, причиной к-рой явл. конвекция — теплота переносится макроскопич. движением газа квазичастиц. При нагревании Не II в одном из сообщающихся (через капилляр) сосудов между сосудами возникает разность давлений (термо-механический эффект). Этот эффект объясняется тем, что в сосуде с большей темп-рой повышена концентрация квазичастиц. Из-за того, что узкий капилляр не пропускает вязкого потока норм, компоненты, возникает избыточное давление газа квазичастиц, подобное ос.чотическому давлению в р-ре. Существует и обратный эффект (т. н. механокалорический эффект), при быстром вытекании Не II из сосуда через капилляр темп-ра внутри сосуда повышается (в нём увеличивается концентрация квазичастиц), а вытекающий гелий охлаждается. Интересными св-вами обладает сверхтекучая [c.664]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...