Коллоквиум по экспериментальной физике

к.ф.-м.н. Е.С. Тихонов

Аннотация

Целью данного семинара является ознакомление студентов 3-го курса с рядом наиболее важных методик, использующихся в экспериментальной физике твердого тела: низкотемпературными методиками, методами получения силных магнитных полей и вакуумной техникой. Семинар организован в виде докладов, которые студенты делают по материалам оригинальных публикаций по соответствующим разделам курса.

1. Криогенные жидкости, их основные характеристики, получение, хранение. Типы криостатов. Регулирование, измерение и стабилизация температуры.
2. Свойства Не3 и Не4, Р-Т – диаграммы, сверхтекучесть Не4, двухжидкостная модель Ландау. Электроны на поверхности гелия.
3. Теплопроводность металлов и диэлектриков, тепловые ключи. Материалы, используемые в криогенной технике. Сопротивление Капицы, тепловые контакты.
4. Рефрижераторы растворения на смесях Не3-Не4. Фазовая диаграмма смеси, основные термодинамические соотношения, принцип действия и конструкция рефрижераторов, факторы лимитирующие рабочий диапазон температур.
5. Адиабатическое размагничивание парамагнитной соли, ядерное размагничивание. Фазовые диаграммы рабочего тела. Теоретический предел охлаждения.
6. Криостаты, основанные на эффекте Померанчука. Примеры криостатов, практически достижимые темпертуры.
7. Сверхтекучесть Не3. Основные экспериментальные факты, Р-Т фазовая диаграмма, теоретическое описание.
8. Термометрия в миллиградусной области. Ядерный ориентационный термометр, полупроводниковые и угольные резистивные термометры, шумовая термометрия. Лазерное охлаждение атомов.
9. Получение сверхсильных полей методом взрыва.
10. Соленоид Биттера. Требования к материалам соленоида, к системе охлаждения. Практически достигнутые результаты. Сверхпроводящие соленоиды. Материалы для соленоидов. Их характеристики. Стабилизация сверхпроводящего провода, использование кабеля. Соленоиды из ВТСП-материалов.
11. Методы получения высокого вакуума. Механические, турбомолекулярные, криогенные, электроразрядные насосы.
12. Методы исследования структуры и атомного состава поверхности. Разрушающие и неразрушающие методики. Дифракция медленных и быстрых электронов, Оже-спектроскопия, масс-спектрометрия вторичных ионов. Сканирующая микроскопия.

1. Matter and Methods at Low Temperatures / Frank Pobell – Springer, 2007.
2. Experimental Techniques In Condensed Matter Physics At Low Temperatures / Robert C. Richardson – CRC Press, 2018.
3. Искусство криогеники. Низкотемпературная техника в физическом эксперименте, промышленных и аэрокосмических приложениях / Г. Вентура, Л. Ризегари ; пер. с англ. под ред. Л. П. Межова-Деглина – Долгопрудный : Интеллект, 2011.
4. Принципы и методы получения температур ниже 1К / О.В.Лоунасмаа – М.: Мир, 1977.
5. А.Н.Сахаров, «Взрывомагнитные генераторы», ЖЭТФ, 1962.
6. М.Уилсон, «Сверхпроводящие магниты», Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.