The problem of correct definition of the charge carrier effective mass in superfluid helium is revised. It is demonstrated that the effective mass M of a such quasiparticle can be introduced without use of the Atkins's idea concerning the solidification of liquid He in the close vicinity of ion. The two-liquid scenario of the "snowball" mass formation is investigated. The normal fluid contribution to the total snowball effective mass, the physical reasons of its singularity and the way of corresponding regularization procedure are discussed. Within of two-liquid model the existence of two different effective snowball radiuses: <$E R sub roman id> for superfluid flow component and Rn for the normal one, <$E R sub n~>>~R sub roman id> is demonstrated. Agreement of the theory with the available experimental data is found.

Discussed in the paper are resonance phenomena in electrolytes related to possible relative motion of the charged core and hydrate (solvate) shell of each cluster. The resonances are shown to contain important information on the internal structure of clusters. Special attention is paid to the process of formation of the cluster associated mass in the solvent.

The emphasis is made on experimentally observed indications of the presence of metastable ion dipoles in solid helium. Similar quasiparticles possessing positive scattering length for injected electrons are assumed to exist in liquid phases of cryogenic liquids. The observed phenomena allowing to detect and monitor the behavior of dipole gas in superfluid helium (referred to as cryogenic electrolyte) are discussed. Most interesting among these phenomena are: special features of the dielectric behavior of ion dipole gas, details of the temperature dependence of the ion dipole gas osmotic pressure at the boundary of the liquid <^>3He - <^>4He solution stratification, relaxation phenomena of collective origin in cryogenic electrolytes, and liquid helium phonon spectrum transformation due to strong interaction between phonons and heavy dipole quasiparticles.

Proposed is a scenario for development of observed relaxation phenomena in the cryogenic electrolyte with the structure of "liquid hydrogen + injected ions". Ions of one sign are generated in the bulk of liquid hydrogen in the presence of external field <$EE sub symbol <94>> by a stationary radioactive source of <$Esymbol С~roman ions> at the bottom of the vessel. After accumulation near the free surface of the liquid with a finite density <$En sub s> the ions can break its stability producing a pulse of ion current to the collector located above the liquid surface. The outlined process is periodically repeated. Its period contains information on the ion mobility and, which is most interesting, on dissociation (association) processes occurring in a system of charged particles placed in an external field. The cryogenic problem is a good model for dissociation in the presence of external field occurring in normal electrolytes without any external ion sources.

Індекс рубрикатора НБУВ: В368.3

Рубрики:

Фізика низьких температур

Шифр НБУВ: Ж14063 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

Possible approaches to a correct account of the Coulomb interaction in system of proton-hydroxyl pairs in pure ice (a proton version of intrinsic semiconductor) are discussed for a possibility to evaluate correlation properties of semiconducting media.

Currently, there is some ambiguity in the problem of decay of a single donor into charged fragments. Thus, in the well-known Ostwald approximation used for semiconductors (ice being one of them) the donor dissociation degree of tends to its maximum value (i.e., unity) as the doping impurity concentration approaches zero. At the same time, the statistical theory of atom reveals within the Thomas - Fermi (or Debye - Huckel) approximation the existence of a thermodynamically equilibrium state of a single multi-electron atom (donor) where charged nucleus keeps the number of counterions just necessary for its neutralization. These scenarios do not show the atom dissociation at all. Discussed in the present paper is the alternative between the full dissociation of a single donor (i.e., dissociation degree equals unity) in a semiconducting media (ice, water, semiconductor) and zero dissociation degree.

Обсуждены возможные эффекты близости в газе холодных многозарядных атомов. Речь идет о разреженном газе плотностью nd тяжелых атомов (Z >> >> 1) при низких температурах в рамках известного приближения Томаса - Ферми (TF), дающего возможность судить о статистических свойствах отдельного атома. Для сохранения достоинств TF-формализма, успешного в сферически симметричных задачах, внешние граничные условия, учитывающие конечность плотности атомов (доноров) <$En sub d~symbol Щ~0>, также симметризованы (используется сферическая ячейка Вигнера - Зейтца) и оформлены в стандартной манере, сохраняющей полный заряд внутри ячейки. В рамках модели показано, что при нулевой температуре в разреженном газе многозарядных атомов существует эффективное дальнодействующее взаимодействие Eproxi (nd) (proximity), знак которого зависит от свойств внешних оболочек отдельного атома. Степень дальнодействия Eproxi оценивается сравнением со свойствами известного дисперсионного притяжения ELond (nd) << 0 (London), считающегося в газовых задачах дальнодействующим. Для благородных газов аргона, криптона, ксенона Eproxi >> 0. Щелочные и щелочноземельные атомы демонстрируют Eproxi << 0. При конечных температурах TF-статистика обнаруживает новый, аномально большой эффект близости, отражающий стремление локализованных на кулоновских центрах электронов к уходу в зону сплошного спектра. Свойства теплового распада интересны сами по себе, определяя важное явление диссоциации нейтральных комплексов на заряженные фрагменты. Ниже это явление согласованно входит в TF-теорию зависимостью разных вариантов Eproxi от температуры. Аномальность теплового эффекта близости проявляется в том, что при его наличии в условиях <$ET~symbol Щ~0> равновесное решение TF-статистики для отдельного многозарядного атома в вакууме перестает существовать. Неустойчивость подавляется в модели Вигнера - Зейтца с использованием предположения об отсутствии электронных потоков через внешнюю границу <$ER sup 3~symbol Х~n sub d sup -1> ячейки Вигнера - Зейтца. Величина Eproxi отвечает определению корреляционой энергии в газе взаимодействующих частиц. Обзор написан в манере, допускающей сравнение результатов TF-формализма с известными положениями корреляционной теории классической плазмы. Классический пример из практики работы со слабыми растворами (в том числе и заряженными) - использование полунепроницаемых мембран при изучении свойств осмотического давления - оказывается весьма целесообразным для задач с участием Eproxi. Речь идет об одной или нескольких резких границах, формируемых ионной частью многочастичной задачи. Это может быть граница металл - вакуум в известной ячейке Казимира при изучении свойств вакуума в промежутке 2l между проводящими средами разной природы либо различные слоистые системы (квантовые ямы) в полупроводимости и т.п. Электроны как подвижная часть равновесия вблизи резкой границы могут (должны) выходить за пределы ионного остова в промежуток 2l с вероятностью, зависящей, среди прочего, и от свойств Eproxi электронного облака внутри проводящих обкладок ячейки Казимира (квантовой ямы). В полупроводниках аналогом сэндвича Казимира оказываются широко используемые многослойные гетероструктуры, именуемые квантовыми ямами, шириной 2l, с берегами из подходящих легированных материалов, обеспечивающих статистически равновесный обмен электронами между слоями многослойника. Тепловая составляющая эффектов близости в полупроводящих квантовых ямах дает представление о многих свойствах процесса диссоциации в легированных полупроводниках. В частности, положительность Eproxi >> 0 (по отношению ко дну зоны проводимости) говорит о том, что TF-доноры с конечной плотностью <$En sub d~symbol Щ~0> формируют в полупроводнике вырожденное, полупроводящее состояние: имеется конечная плотность свободных носителей при нулевой температуре. Эта плотность растет с увеличением T степенным образом.

Обсуждены различные свойства кластеров бария (заряженных либо нейтральных), внедренных в жидкий гелий. Предложена модель, в которой отдельный атом бария не образует отрицательного иона, а кластер, составленный из большого числа атомов бария, такой способностью обладает. В приложениях это свойство важно для объяснения наблюдаемых деталей в экспериментах с лазерной абляцией поверхности металлического бария в жидком гелии. Отмечена качественная разница в механизмах образования квазиодномерных цепей из металлической либо диэлектрической пыли при ее внедрении в сверхтекучий гелий. Для диспергированного металла хорошо "смотрится" дендритный сценарий пробоя в плоском конденсаторе с конечной разностью потенциалов между пластинами, заполненном металлической пылью. В диэлектрической задаче не удается использовать дендритный механизм развития кластера. Здесь говорят об участии в сборе мелких частиц вихревых полей сверхтекучей жидкости. Однако детали этого механизма плохо согласуются с имеющимися наблюдениями. В работе намечается альтернатива вихревому сценарию образования длинных цепей с диэлектрическими звеньями.