Nucleation at quantized vortices and the heterogeneous phase separation in supersaturated superfluid ³He–⁴He liquid mixtures

Abstract

Supersaturated superfluid ³He–⁴He liquid mixture, separating into the ³He-concentrated c-phase and ³He-diluted d-phase, represents a unique possibility for studying macroscopic quantum nucleation and quantum phase-separation kinetics in binary mixtures at low temperatures down to absolute zero. One of possible heterogeneous mechanisms for the phase separation of supersaturated d-phase is associated with superfluidity of this phase and with a possible existence of quantized vortices playing a role of nucleation sites for the c-phase of liquid mixture. We analyze the growth dynamics of vortex core filled with the c-phase and determine the temperature behavior of c-phase nucleation rate and the crossover temperature between the classical and quantum nucleation mechanisms.Пересичені надплинні рідкі розчини ³He–⁴He, які поділяються на ³He-концентровану c-фазу та ³He-розбавлену d-фазу, надають унікальну можливість для вивчення макроскопічного квантового зародкотворення та квантової кінетики розподілу фаз у бінарних сумішах при низьких температурах аж до абсолютного нуля. Один з можливих гетерогенних механізмів фазового розподілу пересиченої d-фази пов'язаний зі надплинністю цієї фази та можливим існуванням квантових вихрів, що грають роль центрів зародкотворення для c-фази рідкої суміші. Проаналізовано динаміку зростання вихрового кора з с-фазою та визначено температурну поведінку швидкості зародження c-фази і температури кросовера між класичними та квантовими механізмами зародкотворення.Пересыщенные сверхтекучие жидкие растворы ³He–⁴He, которые разделяются на ³He-концентрированную c-фазу и ³He-разбавленную d-фазу, предоставляют уникальную возможность для изучения макроскопического квантового зародышеобразования и квантовой кинетики разделения фаз в бинарных смесях при низких температурах вплоть до абсолютного нуля. Один из возможных гетерогенных механизмов фазового разделения пересыщенной d-фазы связан со сверхтекучестью этой фазы и возможным существованием квантованных вихрей, играющих роль центров зародышеобразования для c-фазы жидкой смеси. Проанализирована динамика роста вихревого кора с с-фазой и определено температурное поведение скорости зарождения c-фазы и температуры кроссовера между классическими и квантовыми механизмами зародышеобразования.