Анотація до роботи:

Нємченко К. Е. Теорія анізотропних і неоднорідних систем у надплинному гелію. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. – Фізико – технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України, Харків, 2002.

Дисертація присвячена розробці нового теоретичного напрямку в дослідженнях конденсованого стану – анізотропних систем теплових збуджень у надплинному гелію. У дисертації вперше побудовано теорію кінетичних процесів у фононних пучках, які рухаються в гелії. Теорія виходить з перших фізичних принципів: явного виду спектра теплових збуджень гелію, моделі квазічастинкового опису HeII, і дає пояснення низці експериментальних даних. У дисертації знайдено матричний елемент, що відповідає чотирифононним процесам для випадку реального, розпадного, фононного спектра і здобуто загальні для всіх процесів вирази для часів взаємодії. Побудовано теорію утворювання фононів з великою енергією відносно холодними фононними пучками, що рухаються у надплинному гелію. Передбачено існування надтеплового стаціонарного стану фононів з великою енергією, у якому фононна функція розподілу відрізняється від функції Бозе-Ейнштейна як за величиною, так і за характером імпульсної залежності. У дисертації вперше побудовано кінетичну теорію повного набору гідродинамічних мод надплинних розчинів ³He-⁴He. Розв’язано задачу про дифузію в багатокомпонентних системах частинок і квазічастинок. Здобуто загальне рішення виявилося справедливим для частинок з будь-якою дисперсією, статистикою і хімічним потенціалом.

1. У дисертаційній роботі створено новий напрямок у теоретичній фізиці конденсованого стану, який було названо “теорія анізотропних фононних систем у надплинному гелію”.

2. Уперше побудована теорія кінетичних процесів у сильноанізотропних системах теплових збуджень надплинного гелію. Теорія виходить з перших фізичних принципів: явного виду спектра теплових збуджень гелію і моделі квазічастинкового опису HeII, і дає опис цілому ряду експериментальних даних.

3. Виходячи з гідродинамічного гамільтоніану Ландау, в дисертації для випадку реального фононного спектра здобуто матричний елемент, який відповідає чотирифононним процесам. Розрахунки проведені в другому порядку теорії збурень з урахуванням усіх проміжних станів. Виходячи з кінетичного рівняння для фононів, уведені частоти народження і розпаду фононів з великою енергією за рахунок чотирифононих процесів.

4. Розглянуто всі п'ять типів чотирифононних процесів. Для всіх процесів одержано загальні формули, за якими проведено чисельні розрахунки залежностей частот народження і розпаду фононів з великою енергією, від імпульсів цих фононів, температури системи фононів з низькою енергією і параметра анізотропії фононної системи.

5. Для пояснення здобутих залежностей був проведений послідовний аналіз аналітичних виразів для частот кожного з процесів. Визначено характерні кути між взаємодіючими фононами і характерні імпульси цих фононів. Здобуті аналітичні вирази для частот чотирифононних процесів були використані для дослідження релаксації в анізотропних фононних системах.

6. Дослідження процесів типів 2 і 5 показали, що створений всередині гелію пучок h-фононів має кутовий розмір менший, ніж кутовий розмір основного пучка l-фононів. Цей результат узгоджується з експериментальними спостереженнями.

7. Досліджено утворення і розповсюдження фононних пучків у надплинному гелію. Здобуто функцію розподілу за величинами і напрямками імпульсів фононів, які випромінюються нагрітим твердим тілом у рідкий гелій. Здобуто рівняння, яке дає опис балансу енергії фононів на початковому етапі еволюції пучка l-фононів, і співвідношення, які дають опис еволюції пучка у випадку геометричного розширення.

8. Побудовано теорію утворення фононів з великою енергією відносно холодними фононними пучками, які рухаються у надплинному гелію. Здобуто аналітичні формули, які дають опис остигання основного пучка фононів і перехід енергії від фононів з низької енергії до фононів з високою енергією. Ці рівняння пояснили низку експериментальних даних по випромінюванню і розповсюдженню фононів нагрітим твердим тілом у гелій, а також по утворенню фононів з великою енергією всередині гелію при різних експериментальних умовах: температурі нагрівача і гелію, зовнішнього тиску, відстані, що пройдена.

9. Здобуті рівняння, які дають опис форми і величини імпульсу h- фононів. Одержані вирази є справедливими при довільних тривалості і температурі основного пучка і використовуються при плануванні експериментів.

10. Досліджено стаціонарний стан фононних систем з високим ступенем анізотропії. Передбачено існування надтеплового стаціонарного стану h-фононів, у якому фононна функція розподілу відрізняється від функції Бозе-Ейнштейна як за величиною, так і за характером імпульсної залежності. Пояснено явище насичення сигналу від фононів з високою енергією при зростанні тривалості основного пучка.

11. Здобуто дисперсійне рівняння, яке дає опис релаксації температури і концентрації в надплинних розчинах ³Не-⁴Не. Це співвідношення є справедливим в гідродинамічному, перехідному і кінетичному режимах у системі теплових збуджень і дає опис релаксації за рахунок другого звуку і дисипативної моди.

12. Досліджено процеси встановлення рівноваги у надплинних розчинах ³Не-⁴Не при наднизьких температурах. Здобуті результати застосовуються при поясненні явищ, які спостерігаються у стаціонарних нерівноважних станах, коли існують сталі градієнти термодинамічних параметрів, і метастабільних розчинах ³Не-⁴Не, в яких починається розшарування і утворення нової фази – краплин чистого ³Не.

13. Розв’язано задачу про дифузію в багатокомпонентних системах частинок і квазічастинок. Здобутий загальний розв’язок дозволив в єдиному підході дати опис таких різних явищ, як дифузія в сумішах класичних газів, масова, спінова дифузія та термодифузія в надплинних розчинах ³Не-⁴Не, спінова дифузія у твердих розчинах ³Не-⁴Не, теплопровідність різноманітних систем теплових збуджень: фононів у твердих тілах, теплових збуджень у НеII, магнонів і фононів у магнитних діелектриках.

14.Досліджено систему електронів, локалізованих над поверхньою надплинного гелію. Здобуто наявний вираз для коефіцієнту рухливості двовимірного газу електронів через часи взаємодії при довільному співвідношенні між часами електрон-електронної і електрон-ріплонної взаємодії. У граничних випадках це загальне співвідношення дає опис режиму повного контролю і одноелектронного режиму.

Публікації автора:

1. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V., Tucker M. A. H., Wyatt A. F. G. Creation of high-energy phonons from low-energy phonons in liquid helium // Phys. Rev. Lett.- 1999.- V. 82, № 7. – P. 1482 – 1485.

2. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V., Tucker M. A. H., Wyatt A. F. G. The distribution function for phonons emitted into He II by a solid // Physica B. – 2000. – V. 284-288. – P. 33 - 34.

3. Tucker M. A. H., Wyatt A. F. G., Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V. The creation of suprathermal densities of high-energy phonons in HeII // Physica B. – 2000. – V. 280 – P. 36 - 40.

4. Tucker M. A. H., Wyatt A. F. G., Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V. Suprathermal phonons in superfluid ⁴He//Phys.Rev.B.– 2000.– V. 62, № 5. – P.3029-3032.

5. Tucker M. A. H., Wyatt A. F. G., Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V. High-energy phonons creation from cold phonons in pulses of different length in HeII// Phys. Rev. B. – 2000.-V. 62, № 14. – P. 9402 – 9412.

6. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Wyatt A. F. G. Phonon interaction in an anisotropic phonon system leading to a suprathermal distribution in liquid ⁴He// J. Low Temp. Phys. – 2001. – V. 125, № 1/2. – P. 1 – 37.

7. Wyatt A. F. G., Adamenko I. N., Nemchenko K. E. The density of high energy phonons created from a low energy phonon pulse in liquid ⁴He // J. Low Temp. Phys. – 2002. - V.126, № 1/2. – P. 609 - 614.

8. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Wyatt A. F. G. The relaxation of high energy phonons in anisotropic distribution in superfluid ⁴He// J. Low Temp. Phys.– 2002. - V.126, № 5/6. – P. 1471 - 1499.

9. Адаменко И. Н., Немченко К. Э., Wyatt A. F. G. Асимметрия релаксационных процессов и рождение фононов с высокой энергией в анизотропных фононных системах HeII// ФНТ. – 2002. – Т. 28, № 2. – С. 123 – 127.

10. Адаменко И. Н., Гусев О. Е., Немченко К. Э., Цыганок В. И. Акустические и диэлектрические свойства пересыщенных растворов ³He в HeII// ФНТ. – 1992. – Т. 18, № 10. – С. 1085 – 1090.

11. Адаменко И. Н., Немченко К. Э., Цыганок В. И. Диссипативные процессы и коллективные моды в сверхтекучих растворах квантовых жидкостей//ВАНТ.– 1992. – Т. 24, вып. 3. – С. 3 – 8.

12. Андерс Э. Е., Старцев С. В., Кудрявцев И. Н., Немченко К.Э. Особенности низкотемпературной динамики решетки слоистых кристаллов CsR(MoO₄)₂ (R=Dy, Gd) // ФНТ. – 1992. – Т. 18, № 10. – С. 1159 – 1163.

13. Адаменко И. Н., Немченко К. Э. Диффузия квазичастиц растворов ³Не-⁴Не и классических частиц// ФНТ. – 1995. – Т. 21, № 5. – С. 498 – 508.

14. Adamenko I. N., Nemchenko K. E. Thermal conductivity of the binary gas of thermal excitations// Czech. J. Phys. – 1996. – V. 46., S1. – P. 73 – 74.

15. Адаменко И. Н., Немченко К. Э. Теплопроводность, обусловленная двухкомпонентным газом тепловых возбуждений// ФНТ. – 1996. – Т. 22, № 9. – С. 995 – 1004.

16. Немченко К. Э. Релаксация концентрации и температуры в сверхтекучих растворах ³Не-⁴Не. // ФНТ. – 1997. – Т. 23, № 8. – С. 799 – 802.

17. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V., George T. F. Quantum diffusion of impuritons in the gas of phonons in quantum mixtures of helium isotopes// J. Low Temp. Phys. – 1998. – V. 111, № 3/4. – P. 603 - 608.

18. Немченко К. Э. Кинетика диффузионной моды в фонон-примесной системе растворов квантовых жидкостей ³Не-⁴Не. // ФНТ. – 1998. – Т. 24, № 10. – С. 941–945.

19. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V., Um C.-I., George T. F., Pandey L. N. Diffusion of Impurity excitations in superfluid and solid ³Не-⁴Не mixtures // J. Low Temp. Phys. – 1998. – V. 111, № 1/2. – P. 145 - 179.

20. Немченко К. Э. Газокинетическая теория диффузии в растворах квантовых жидкостей// Вісник ХДУ, серія фізична “Ядра, частинки, поля”. – 1998. - № 421. – С. 68 – 72.

21. Нємченко К. Е. Дифузія у двокомпонентних квазічастинкових системах твердих розчинів ³Не-⁴Не//УФЖ.-1999. – Т. 44, № 7. – С. 908 – 912.

22. Адаменко И. Н., Жуков А. В., Немченко К. Э. Влияние электрон-электронного взаимодействия на подвижность электронов над жидким гелием // ФНТ. – 2000. – Т. 26, № 7. – С. 631 – 637.

23. Андерс Э. Е., Старцев С. В., Деревянко В. В., Финкель В. К., Кудрявцев И. Н., Немченко К. Э. Теплопроводность ВТСП системы YBa₂Cu_3-xAg_xO_d//Тезисы докла-дов XXIX совещания по физике низких температур. - Казань(Россия).–1992.–С.7.

24. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Tsyganok V. I. Acoustic and dielectric properties of oversaturated ³He-⁴He superfluid mixtures//Proceedings of 13^th General Conference of the Condensed Matter Division of EPS. –J. of in Europhys. Conf. Abs. – 1993. – V. 17A, № 5. –P. 957.

25. Adamenko I. N., Nemchenko K. E. Thermal conductivity, that includes two-component gas of thermal excitations// Proceedings of 15^th General Conference of the Condensed Matter Division of EPS. – Baveno-Stresa (Italy)– 1996. – P. 111.

26. Adamenko I. N., Nemchenko K. E. Diffusion of thermal and impurity excitations in superfluid mixtures of helium isotopes// Abstracts of XXI International Conference on Low Temperature Physics. – Prague (Czekh Republic ). – 1996. – P. 95 – 96.

27. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V. Thermal conductivity of solids, including binary gas of thermal excitations and scattering centers// Abstracts of 2^nd International Conference “Cryocrystalls”. –Polanica-Zdroj (Poland). – 1997.-Part 2.- P. 22.

28. Адаменко И. Н., Немченко К. Э., :Жуков А. В. Дисперсия диффузионной моды в сверхтекучих растворов ³He-⁴He// Тезисы докладов XXXI совещания по физике низких температур. - Москва(Россия).–1998.–С. 156 - 157.

29. Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Zhukov A. V., Tucker M. A. H., Wyatt A. F. G. Four-phonon scattering in HeII// Abstracts of XXII International Conference on Low Temperature Physics. – Espoo and Helsinki (Finland) – 1999. – P. 298.

30. Wyatt A. F. G., Adamenko I. N., Nemchenko K. E., Anisotropic phonon systems in liquid ⁴He//Tenth International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter. – Darmouth (USA). – 2001. – P. 28.