спиновая сверхтекучесть

СПИНОВАЯ СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ - совокупность явлений, связанных с существованием бездиссипатпвного механизма переноса намагниченности в сверхтекучем ³Не. При переходе в сверхтекучее состояние атомы ³Не образуют конденсат из куперовских пар в состоянии с полным спином S=1 (см. Гелий жидкий, Сверхтекучесть). Поэтому параметр порядка ³Не содержит угл. переменные ф, описывающие ориентацию системы спинов куперовских пар. Энергия системы не зависит ни от фазы волн ф-ции конденсата, ни от этих угл. переменных. Такое вырождение состояний в случае возникновения градиента к--л. из углов ф приводит к появлению спинового сверхтока , где М_i - компонента намагниченности i = х, у, z. Спиновый сверхток в сверхтекучем ³Не представляет собой встречное гидродинамич. течение двух взаимопроникающих сверхтекучих жидкостей с противоположно направленными спинами куперовских пар, не сопровождающееся переносом массы.

С. с. была обнаружена в экспериментах по ЯМР в сверхтекучем ³Не-В (А. С. Боровик-Романов, Ю. М. Буньков, В. В. Дмитриев, Ю. М. Мухарский, 1984-88) и теоретически исследована в работах И. А. Фомина (1984-88). В условиях ЯМР в качестве параметра порядка в ³Не - В удобно выбрать матрицу трёхмерных вращений, параметризуемую тремя углами Эйлера . Если внеш. поле Н направлено вдоль оси г, то углы и определяют направление прецессирующей намагниченности М, а угол - вращение спиновой системы вокруг М. Угол между М и Н определяет величину проекции намагниченности М_z, а угол - фазу прецессии М вокруг Н. Система вырождена по углу, к-рый можно рассматривать как фазу параметра порядка.

Экспериментально сверхтекучий ток проекции намагниченности M_zнаблюдался как вдоль приложенного поля Н, когда градиент фазы создавался за счёт продольного градиента поля, так и перпендикулярно Н по капилляру, соединявшему две эксперим. камеры, в к-рых ЯМР возбуждался от независимых генераторов на одной частоте, но с разными фазами.

Возможность экснерим. наблюдения С. с. методом ЯМР в ³Не-В связана с наблюдаемой в нём характерной особенностью зависимости частоты ЯМР w от угла : при частота to не зависит от , а при начинает резко расти. Эта особенность и существование С. с. приводят к тому, что при возбуждении ЯМР радиочастотным полем с частотой в объёме ³Не-В, помещённом в неоднородное магн. поле, этот объём разбивается на два домена: в области сильного поля (, - гиромагнитное отношение) прецессия не возбуждается вовсе и, в поле возбуждается прецессия на общей частоте w и с общей фазой прецессии, определяемой генератором. При этом на границе между доменами угол и нарастает в области более слабого поля, называемой однороднопрецессирующим доменом.

Для С. с. имеет место весь комплекс явлений, характерных для обычной сверхтекучести: четвёртый звук, ограничение величины сверхтекучего переноса намагниченности - критич. спиновый ток с образованием центров проскальзывания фазы, стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона, квантование циркуляции сверхтекучей скорости и образование квантованных спиновых вихрей. В отличие от обычной сверхтекучести и сверхпроводимости, где фаза конденсата ненаблюдаема, фаза прецессии наблюдаема. Поэтому удаётся измерить разность фаз на концах канала, сброс фазы при одном акте проскальзывания, а также точную локализацию центра проскальзывания фазы и распределение фазы по каналу.

В отличие от обычной сверхтекучести, в ³Не-В наряду с бездиссипативным переносом намагниченности, возникающим вследствие образования когерентного состояния, при наличии градиентов углов обязательно присутствуют и диффузионные диссинативные спиновые потоки. Спиновая диффузия, а также др. механизмы диссипации приводят к несохранению параллельной полю компоненты намагниченности, что соответствовало бы несохранению массы сверхтекучей компоненты в ⁴Не или несохранению заряда в сверхпроводниках.

Явление С. с. возможно не только в сверхтекучем ³Не-В, но и в антиферромагнетиках, релятивистские взаимодействия в к-рых сохраняют вырождение по относит. фазе прецессии намагниченности подрешёток.

Лит.: Фомин И. А., Стационарный спиновый сверхток в ³Не-В, «ЖЭТФ», 1988, т. 94, с. 112; F о m i n I. A., Spin currents in superfluid ³He, «Physica B», 1991, v. 169, p. 153; Borovik-Romanov A. S. и д p., NMR and magnetic supercurrent in ³He-B, «Physica Scripta», 1991, v. T35, p. 136. А. С. Боровик-Романов, В. П. Минеев.

   <<      Предметный указатель      >>