Roton

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 18 april 2021; kontroller kräver 6 redigeringar .

Roton
Spektrum av elementära excitationer i flytande helium
Förening:	Kvasipartikel
Klassificering:	Biroton
Vem och/eller vad är den uppkallad efter?	Från lat. roto - "rotera, snurra"
Antal typer:	ett

Roton (från latin roto - "jag roterar, snurrar") är en elementär excitation ( kvasi -partikel ) i superfluid 4 He, associerad med atomstrukturen av superfluid helium och som har ett kvadratiskt energispektrum nära momentumet , där är den karakteristiska interatomiska distans. Uppkomsten av sådana kvasipartiklar har en speciell effekt på beteendet hos en superfluid vätska i temperaturområdet runt en kelvin . Termen introducerades av I. E. Tamm [1] . $E(p)$ $p_{0}\sim h/a$ $a$

Energispektrum av excitationer i 4 He

Energispektrumet för elementära excitationer i helium har ett linjärt beroende i den initiala delen, ett lokalt minimum ( , ), där det motsvarar en temperatur på cirka 8,6 K . Elementära excitationer av den linjära delen av spektrumet brukar kallas fononer . Elementära excitationer i området nära kallas rotoner. $p_{0}$ $E_{0}$ $E_{0}$ $p_{0}$

Fononenergi

Fononer har en linjär spridningslag . Fononenergin är relaterad till kvasi-momentet genom följande enkla uttryck:

$E=cp$ , där с ≈965 m/s är ljudets hastighet i helium.

Energirotoner

Energin hos rotoner nära dispersionskurvans lokala minimum har en kvadratisk form [2] :

$E(p)=\Delta +{\frac {(p-p_{0})^{2}}{2\mu }}$

Här har den ett värde i storleksordningen 8,6 K i temperaturenheter energi, är den effektiva massan. De beräknade värdena för positionen för minimum av rotonzonen i spektrumet och rotonernas effektiva massa [3] : $\Delta$ $\mu$

${\frac {p_{0}}{h}}=1{,}99\cdot 10^{{10}}$ m −1 , , där är massan av en fri heliumatom. $\mu =0{,}26m_{\mathrm {He} }$ ${\displaystyle m_{\mathrm {He} ))$

Landau kriterium

Den fysiska betydelsen av utseendet av rotoner i energispektrumet motsvarar utseendet av virvelrörelse i en superfluid vätska. Och även om virveln i sig existerar icke-dissipativt, kräver dess bildning energi, som går förlorad av systemet. Således uppstår friktion. Villkoret för att sådana kvasipartiklar inte uppstår är Landau-superfluiditetskriteriet . Uppenbarligen kan uppfyllandet av detta kriterium för rörelse av en vätska med en given hastighet representeras som frånvaron av skärningen av en rät linje med beroendet av energispektrumet för elementära excitationer. Närvaron av sådana korsningar indikerar möjligheten av uppkomsten av kvasipartiklar av motsvarande del av energispektrumet med samtidig uppfyllelse av lagarna för bevarande av momentum och energi. Teoretiskt sett bör villkoret för icke-dissipativ rörelse vara uppfyllt upp till hastigheter på cirka 80 m/s, men i praktiken bryts överfluiditeten vid mycket lägre hastigheter på grund av den högenergiska delen av spektrumet. $V$ $E=Vp$ $E(p)$

Påverkan på värmekapacitet och andra egenskaper

Rotoner spelar en viktig roll i egenskaperna hos superfluid helium vid T ≈ 0,6 K. De bestämmer förekomsten av termer för värmekapacitet, entropi, normal densitet, etc., som beror exponentiellt på temperaturen. Således har värmekapaciteten vid temperaturer under 0,6 K ett fonontemperaturberoende:

$C_{p}\sim T^{3}$ .

Vid temperaturer över 0,6 K ändras värmekapacitetens beroende till ett exponentiellt [4] :

$C_{p}=V{\frac {p_{0}^{2}\Delta ^{2}}{2\pi ^{2}\hbar ^{3}T^{2}}}(2\pi \mu T^{2})^{{1/2}}e^{{-{\frac {\Delta {T))))$ .

Biroton

Två rotoner med motsatt riktade impulser bildar ett bundet tillstånd - biroton , med orbital momentum L=2, bindningsenergi 0,25 K [4] .

Anteckningar

↑ Roton i TSB . Hämtad 29 november 2009. Arkiverad från originalet 5 november 2011. (obestämd)
↑ Lokaliserade tillstånd av rotoner nära joner i helium II
↑ Studie av den termiska strukturen av helium II med användning av kall neutronspridning, E. L. Andronikashvili . Hämtad 29 november 2009. Arkiverad från originalet 22 maj 2013. (obestämd)
↑ 1 2 Fysiskt uppslagsverk / kap. ed. A. M. Prokhorov. - Great Russian Encyclopedia, 1994. - T. 4. - S. 400. - 704 sid. - 40 000 exemplar. - ISBN 5-85270-087-8 . Arkiverad 14 mars 2012 på Wayback Machine

Kvasipartiklar ( Lista över kvasipartiklar )
Elementärt	magnon Phonon Roton Plasmon primeson Elektron Hål Orbiton Fluktuon Phazon Holon och spinon Quasimomonopol
Sammansatt	Dropleton Prova polariton Polaron Biroton Cooper par exciton Vanier - Motta Frenkel Biexciton Soliton FK-soliton Solitoner i plasma Jon-ljud Magnetoakustisk Langmuir Soliton Davydova
Klassificeringar	Fermioner Bosoner Vem som helst Hypotetisk : Plektoner