Эффект Померанчука

Эффект Померанчука́ — аномальный характер фазового перехода «жидкость — кристалл» лёгкого изотопа гелия ³He, выражающийся в выделении тепла при плавлении (и поглощении тепла при образовании твёрдой фазы).

Эффект был предсказан советским физиком-теоретиком И. Я. Померанчуком (1950) и экспериментально обнаружен американскими физиками У. М. Фейрбенком и Г. К. Уолтерсом (1957).

Физика эффекта

Причина такого аномального поведения состоит в том, что при низких температурах термодинамические свойства конденсированного ³He определяются не столь фононными, сколько спиновыми свойствами: поскольку ядра ³He обладают спином 1/2, то, с одной стороны, жидкий ³He должен подчиняться статистике Ферми — Дирака, и его энтропия, подобно энтропии электронного газа в металлах, должна быть пропорциональна температуре; с другой стороны, энтропия твёрдого ³He при температурах выше температуры магнитного упорядочивания спинов ядер (но ниже дебаевской) должна быть $S=\ln 2,$, т. е. не должна зависеть от температуры.

Результатом является то, что при температурах ниже 0,3 К энтропия жидкого ³He меньше, чем твёрдого. Вследствие этого согласно уравнению Клапейрона — Клаузиуса зависимость температуры плавления от давления при этом также аномальна: с увеличением давления она понижается.

Применение эффекта

Эффект Померанчука использовался для получения сверхнизких температур (до 1—1,5 мК) методом адиабатической кристаллизации ³He: при адиабатическом сжатии ³He вдоль кривой плавления происходит образование твёрдой фазы и соответствующее понижение температуры. Ниже 1—1,5 мК упорядочение ядерных спинов ³He в твёрдой фазе приводит к резкому падению энтропии твёрдого ³He, что исключает возможность эффекта Померанчука.

См. также

• Гелий-3
• Исаак Яковлевич Померанчук

Литература

• Р.К. Ричардсон «Эффект Померанчука». Нобелевская лекция, УФН, том 167, выпуск 12, декабрь 1997