Взаимодействие электромагнитных волн сверхвысокой частоты со сверхтекучим потоком в Не II

Abstract

Экспериментально исследовано поглощение электромагнитных волн в жидком гелии в области частот 40–200 ГГц и температур 1,4–2,8 К. Проведено регистрирование спектра колебаний мод «шепчущей галереи» диэлектрического дискового резонатора, который был погружен в жидкий гелий. Сверхтекучие потоки в Не II были созданы искусственно с помощью двух «тепловых пушек». Обнаружена узкая линия поглощения СВЧ волны при частоте, соответствующей энергии одиночного ротонного возбуждения. Установлено, что с ростом скорости сверхтекучего потока vs радикально изменяется характер резонансной линии: поглощение СВЧ фотонов сменяется их индуцированным излучением, что видно по резкому усилению высокочастотного сигнала. Наблюдаемый эффект можно качественно обьяснить в рамках двухуровневой модели Не II. Обнаружено ступенчатое изменение скорости сверхтекучего потока при непрерывном увеличении мощности, подаваемой на нагреватель пушки, что может свидетельствовать о квантовании величины vs. Показано, что сверхтекучий поток оказывает низкочастотное воздействие на СВЧ волну, которое внешне проявляется как модуляция СВЧ колебаний. Проализированы возможные причины этого эффекта.

Експериментально досліджено поглинання електромагнітних хвиль у рідкому гелії в області частот 40–200 ГГц і температур 1,4–2,8 К. Проведено реєстрування спектра коливань мод «галереї, що шепотить» діелектричного дискового резонатора, що був занурений у рідкий гелій. Надплинні потоки в Не II було створено штучно за допомогою двох «теплових гармат». Виявлено вузьку лінію поглинання НВЧ хвилі при частоті, що відповідає енергії одиночного ротонного збудження. Встановлено, що з ростом швидкості надплинного потоку vs радикально змінюється характер резонансної лінії: поглинання НВЧ фотонів змінюється їхнім індукованим випромінюванням, що видно по різкому підсиленню високочастотного сигналу. Спостережуваний ефект можна якісно пояснити у рамках дворівневої моделі Не II. Виявлено ступінчасту зміну швидкості надплинного потоку при безперервному збільшенні потужності, що подається на нагрівач гармати, що може свідчити про квантування величини vs. Показано, що надплинний потік здійснює низькочастотну дію на НВЧ хвилю, яка зовнішньо проявляється як модуляція НВЧ коливань. Проаналізовано можливі причини цього ефекту.

he absorption of electromagnetic waves is studied experimentally in liquid helium in a frequency range 40–200 GHz at temperatures of 1.4–2.8 K. The spectrum of «whishpering gallery» of fluctuations modes was registered in a dielectric disk resonator immersed in liquid helium. Superfluid currents in He II were stimulated by two «thermal guns». A narrow line of UHW wave absorption was observed at the frequency of single-roton excitation. It is found that with increasing the superfluid current velocity vs the character of the resonance line changes drastically: the absorption of UHW photons is replaced by their stimulated radiation, as seen from the sharp amplification of the high-frequency signal. This effect can be explained within the framework of the two-level model of He II. A stepwise change of superfluid velocity is observed with a continuous increase in the power supplied to the heater gun, what can argue in favor of quantization of vs. It is shown that the superfluid current has a low-frequency influence on UHW wave, which manifests itself externally as a modulation of UHW oscillations. Possible reasons for this effect are analyzed.