О МЕХАНИЗМЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА В СВЕРХТЕКУЧЕМ ГЕЛИИ
Пашицкий Э.А., Пентегов В.И.

Поступила в редакцию: 18 Августа 2010

DJVU (164.3K)

PDF (350K)

В экспериментах по изучению поглощения электромагнитных (ЭМ) волн сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона в сверхтекучем (CТ) гелии [1-3] на фоне широкой полосы поглощения шириной (30-40) ГГц наблюдалась узкая линия поглощения ЭМ-поля шириной порядка (20-200) кГц на частотах ГГц, которые соответствуют энергии ротонной щели Δ_r(T) в интервале температур (1.4-2.2) К. В данной работе на основе так называемого флексоэлектрического механизма поляризации атомов гелия (⁴ He) при наличии в СТ-гелии ( He II) градиентов плотности показано, что нерезонансное СВЧ-поглощение в интервале частот (170-200) ГГц может быть обусловлено существованием переменных во времени локальных градиентов плотности, которые создаются ротонными возбуждениями в объеме He II. При этом ширина полосы поглощения определяется временем ротон-ротонного рассеяния в равновесном больцмановском газе ротонов, которое при T=1.4 К равно с и убывает с повышением температуры. Высказывается предположение о том, что существование аномально узкой линии резонансного СВЧ-поглощения в He II на ротонной частоте обусловлено двумя факторами: 1) дискретной структурой спектра поверхностных ЭМ-мод резонатора в виде периодической последовательности узких пиков и 2) наличием в He II вблизи поверхности резонатора стационарного дипольного слоя, который возникает за счет поляризации атомов ⁴ He под действием градиента плотности, связанного с обращением в нуль плотности СТ-компоненты на твердой стенке. Благодаря этому процесс релаксации неравновесных ротонов, рождающихся внутри такого приповерхностного дипольного слоя, сильно подавлен, а форма и ширина резонансной линии СВЧ-поглощения определяются ротонной плотностью состояний, которая при слабой диссипации имеет острый максимум на краю ротонной щели. Эффективные дипольные моменты ротонов внутри дипольного слоя с равной вероятностью могут быть направлены как вдоль, так и против нормали к поверхности резонатора, чем объясняется наблюдавшееся в экспериментах симметричное дублетное расщепление резонансной линии поглощения во внешнем постоянном электрическом поле, перпендикулярном поверхности резонатора. Показано, что отрицательное поглощение (индуцированное излучение) квантов ЭМ-поля, наблюдавшееся при включении «тепловой пушки» Капицы, происходит в том случае, когда числа заполнения ротонных состояний за счет «накачки» ротонов превышают числа заполнения фотонов ЭМ-поля резонатора.