Nucleation in quantum liquids - Laboratoire de Physique Statistique

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For a certain time, a liquid can stay in a metastable state, outside of ..... a factor of order 2/3. The term ( С)½ ¾ might be associated with the frequency of. 7 ...
                 

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Pressure

P>0 stable liquid gas

0 metastable liquid

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8 STS 300µm STS 6µm

7

STO 65µm STO 3µm

6

l o g1 0(J) (nucl/cm3 s )

5

4

3

2 Temperature regulation

1

jelly

jelly

0

H2 O calorimeter

-1 234

236

238

240

Temperature (K)

  



N 1(

             

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1 0.75

Nucleation rate (cm- 3s e c- 1)

1.25

1 0- 5 0

1.5

1 0- 1 0 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Temperature (K)

  9 O 

1        D    D     

 

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&

1 08

Nucleation rate (cm-3 s e c- 1)

1 06

1 04

H2

top plate (15K)

5 µ hole

1 02

liquid H2

glass tube

solid H2

bottom plate (7K) 4

1 10.6

He

10.8

11

11.2

Temperature (K)

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3.00 helium 4 (Sinha et al. 1982)

critical point

Pressure (bar)

2.00 liquid-gas equilibrium line

1.00

0.00 nucleation line (standard theory)

-1.00 3.5

4

4.5

5

5.5

Temperature (K)

1.50 helium 3 (Lezak et al. 1988)

critical point

Pressure (bar)

1.00 liquid-gas equilibrium line

0.50

0.00 nucleation line (standard theory)

-0.50

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

Temperature (K)

  J 1             $

      A2(

K     ) 

 

  

 D

 

  

 D

 

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 D

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)         / 

 

           3         

   

&>

scattered light

transmitted light

hemispherical piezo-electric transducer

laser beam

  > / 

         $  

      $  .     2          $        

1    

         

        

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   $                         / 

 

         $   

        2  ,             # 

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&?

 

       

solid helium

liquid helium

transmitted light

piezo-electric transducer (1Mz)

        

 1   0 

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&  #    

#      $



  

 

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    ) 

    $

     *         

 

  ? #              $ $



reflected light

Ar + laser beam

lens (20 mm)

transmission

0.178

reflexion

3

(g/cm )

0.176 0.174

density

0.172 0.170 0.168 20

22

24 time

26

28

30

32

(microseconds)

  & )            $



 

  

   

2   1               "  

    0  "    ,

1

          =   /         $                 



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-4

-2

0

2

5

4

6

8

3

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0 -5

c

3

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5

5

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200

400 600 Temperature (mK)

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1000

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1 0- 4

1 0- 5 0.2

0.4

0.6

0.8

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1.4

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equilibrium

Cavitation Pressure

(bar)

0

- 3

nucleation line (Barcelona)

- 6 Caupin 2001

spinodal limit (Barcelona)

Caupin 2001

- 9

Hall

1995

Pettersen 1994 Nissen 1989

-12

Nissen 1989

standard theory (capillary approximation)

Sinha 1982

-15 0

1

2

3

4

Temperature

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6

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15

10

5

0

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33

35

37

39

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critical point

Cavitation Pressure

(bar)

1 liquid-gas

equilibrium

line

0 nucleation line (Barcelona)

- 1

spinodal limit (Barcelona)

- 2 - 3

Caupin 2001 Caupin 2001

Roach

- 4

Lezak 1988

standard theory (capillary approximation)

theory Maris

- 5 0

0.5

1

1.5

2

Temperature   &9 )   $    

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 D

2.5

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(K)

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0.9 Tc

Reduced pressure P/Pc

1

0.8 Tc 0.7 Tc

0

0.6 Tc

gas-liquid spinodal line

-1

0.5 Tc

-2 -3 liquid-gas spinodal line

-4 -5 0

0.5

1

1.5

2

2.5

Reduced density ρ/ρc   &=

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stable

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7

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7

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1 10

7

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6

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2 liquid-gas

equilibrium

critical point

line

Pressure

(bar)

0

- 2

- 4 spinodal

limit Bauer 2000 Barcelona 1992-2002 Boronat 1994 Dalfovo 1995 Maris 1989-2002 Campbell 1996

- 6

- 8

-10 0

1

2

3 Temperature

4

5

6

(K)

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 D

            3  



      

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0.1

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TEMPERATURE ( K )

0.1

HELIUM-3

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200

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150 100 50 0 -10

-8

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T*(mK)

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0.2

0.4

0.6

0.8

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0.15

0.10

theory Barcelona

0.05 theory Maris

0.00

-0.05 0

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0.1

0.2

0.3 0.4 0.5 Temperature (K)

0.6

0.7

0.8

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26

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22

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9

500 Fermi velocity first sound

400

velocity (m/s)

zero sound

300 spinodal limit

200

100

0 50

60

70

80

90

100

110

120

helium 3 density (kg/m3 )

 



 

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