4.3.2.2 Акустическая связь между жидким гелием и металлическим спеченным порошком (синтером)

В предыдущем разделе мы видели, что механизм передачи энергии через границу раздела металл-жидкость не полностью понятен; такая же ситуация сохраняется даже если металл представляет собой синтер. Ни электроны, ни одночастичные возбуждения гелия, не могут пересекать поверхность раздела. Передача должна осуществляться с помощью фононов, а в случае 3Не — возможно, за счет магнитной связи (см. следующий раздел).

Тепловое граничное сопротивление Rk, умноженное на площадь поверхности A, между жидким 3He и спечёнными серебрянными частицами

Как было показано в предыдущем разделе, фононное взаимодействие изменяется как Т 3 и становится очень слабым при низких температурах. Это обстоятельство можно компенсировать увеличением площади поверхности контакта А , т.е. использованием металлических синтеров. Применяемые синтеры имеют площадь поверхности до 100 м2 (разд. 13.6). Но это еще больше усложняет понимание механизма передачи энергии, потому что колебательные моды синтера, образуемые субмикронными частицами, будут отличаться от соответствующих мод массивного металла. Наинизшая частота колебаний ν для объемных фононов частицы с диаметром d — порядка (0,1 ÷ l) vs/d , где vs — скорость звука в частице [4.38, 44-47]. Для частиц с d = 1 мкм это соответствует частоте в несколько гигагерц или Т ~ / 3 kB ~10 мК. При более высоких частотах частица и ее сопротивление Капицы ведут себя аналогично объемному случаю, а при более низких частотах сопротивление увеличивается экспоненциально. Однако после спекания частицы связаны узкими упругими мостиками (разд. 13.6). Такой пористый материал с его упругой открытой структурой может иметь низкочастотные непрерывные моды с плотностью состояний, которая может на два порядка величины превышать соответствующую плотность фононных мод при Т ~ 10 мК [4.44-47]. Предполагается, что эти мягкие моды имеют сильную связь с фононными гелиевыми модами с их малой скоростью звука, как это видно на рис. 4.7 для синтера из Ag порошка с размером частиц 1 мкм, находящегося в контакте с 3Не. Следующий результат показывает, что граничное сопротивление имеет более слабую зависимость, чем Т –3, для температур ниже той, при которой доминируют фононы с длиной волны, сравнимой с размером частиц синтера; в [4.44] было обнаружено, что эта зависимость есть RK ~ Т –1. Накаяма [4.38], в частности, отметил, что теплопередача из жидкого 3Не в металлический синтер, обусловленная нулевым звуком в 3Не, является наибоее важной в проблеме передачи энергии в жидкий гелий. Но сейчас ситуация представляется более сложной, чем можно было ожидать просто при учете колебательных мод. Средние длины свободного пробега электронов (которые влияют на RK непонятным образом) и фононов ограничены размером гранул синтера, а средние длины свободного пробега квазичастиц 3Не и 3Не фононов ограничены размерами открытых каналов синтера. Тепловое сопротивление между возбуждениями внутри твердого тела и/или в объеме жидкого гелия может стать сравнимым или даже больше, чем тепловое граничное сопротивление при Т < 10 мК, и это, несомненно, должно быть учтено при рассмотрении тепловых сопротивлений внутри жидкого гелия и/или внутри металлического синтера. Эти эффекты еще полностью не исследованы.

 

View one comment on “4.3.2.2 Акустическая связь между жидким гелием и металлическим спеченным порошком (синтером)

Comments are closed.