얇은 4He 필름의 초유체 매개변수들

남상탁 한국물리학회 2017 New Physics: Sae Mulli Vol.67 No.1

The properties related to the third sound of liquid helium are argued using the equation for the conservation of mass on a slab of film, the heat-flow equation, the hydrodynamical equation of motion of the incompressible superfluid component, and each traveling wave solution. We represented the third-sound velocity of thin superfluid $^4$He films on glass substrates and on polished CaF$_2$ single-crystal substrates by using the Atkins model and obtained $\bar{\rho}_s/\rho$ and $\bar{\rho}_sd/T$ for the thin superfluid $^4$He films by using the measured third-sound speed, the van der Waals constant, and the thickness of the film. We found that the superfluid parameters $\bar{\rho}_s/\rho$ and $\bar{\rho}_sd/T$ decreased both on glass and polished CaF$_2$ single-crystal substrates as the temperature was increased at temperatures below the critical temperature when the thicknesses of the films were constant. Also, the parameters $\bar{\rho}_s/\rho$ and $\bar{\rho}_sd/T$ increased both on glass and polished CaF$_2$ single-crystal substrates as the thickness of the films increased when the temperature was constant below the critical temperature. 필름 평판에서 질량의 보존을 나타내는 방정식, 열 흐름을 나타낸 방정식, 비압축성 초유체 성분의 유체 동역학적 운동방정식을 사용하고 각각에 대한 진행 파 형태의 해들을 이용해서 제삼음파와 관련된 성질에 관하여 논의한다. 유리기판과 연마된 CaF$_2$ 단결정 기판 위에 형성된 초유체 $^4$He 필름의 제삼음파의 속력을 Atkins의 모형으로부터 구하고 제삼음속, van der Waals 상수, 필름의 두께 등의 측정값들을 사용하여 초유체 $^4$He 필름의 $\bar{\rho}_s/\rho$와 $\bar{\rho}_sd/T$를 구하였다. 두 기판 위에서 초유체 $^4$He 필름은 두께 변화 없이 전이온도 보다 낮은 온도에서부터 전이온도로 온도가 올라가면 초유체 $^4$He 필름의 $\bar{\rho}_s/\rho$와 $\bar{\rho}_sd/T$는 감소하고 같은 온도에서 필름의 두께가 커지면 초유체 매개변수들 $\bar{\rho}_s/\rho$와 $\bar{\rho}_sd/T$도 커짐을 보인다.

二次元 液體헬륨(⁴He)의 熱力學的 性質

南相鐸 慶尙大學校 1986 論文集 Vol.25 No.2

The ring diagram approximation is used for the calculation of the excitation energy spectrum of two-dimensional liquid helium and the thermodynamic funtions are derived from it. It is found that although these theoretical results are given by the idealized model, they will be increasingly correct towards absolute zero.

二次元 液體헬륨^(4He) 內에서 포논의 崩壞

南相鐸 慶尙大學校 1985 論文集 Vol.24 No.2

The excitation energy spectrum of two-dimensional helium(^4He) is derived and using the energy spectrum, the decay threshold, spreading angle, and the life-time of the phonons are examined explicitly. It is found that the peak of the life-time of the phonons in two dimension occurs at the same threshold wave vector as that of three dimensional case.

二次元 液體헬륨(⁴He)內에서 에너지 스펙트럼의 溫度依存性

南相鐸 慶尙大學校 1990 論文集 Vol.29 No.1

A finite temperature theory is given of the temperature variation of the energy excitation of two dimensional liquid helium(⁴He). The energy spectrum is found to decrease slightly as the temperature is increased from absolute zero. The structure factor and the energy exciation are determined by the effective interaction which depends on the average density, the density of the excited particles, and temperature in addition to the interaction potential.

곧은 미세 관 내에 흡착된 ^4He 필름

남상탁 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.4

We obtained expressions for the heat capacities of one- and two-dimensional 4He fluids at low temperatures by using the extended Landau model of liquid helium II. Applying these expressions to the experimental data the heat capacities for ^4He fluids adsorbed on the surfaces of straight nanopores of three diameters, 1.8 nm, 2.2 nm and 2.8 nm, we could determine the first sound velocity. The average particle distance and the effective hard-core diameter of ^4He fluids adsorbed on those nanopores were also calculated by using the self-consistent-field approximation. From these results, we showed that the first sound velocity increased with increasing density of adsorbed helium while the effective hard-core diameter decreased with increasing helium coverage on the surfaces of the nanopores. 액체 헬륨II에 관한 확장된 Landau 모형을 사용하여 구한 저온 ^4He 유체의 일반적인 열용량으로부터 1차원과 2차원의 열용량들을 구하였다. 지름이 1.8 nm, 2.2 nm, 2.8 nm인 곧은 미세 관의 벽에 흡착된 ^4He 유체의 열용량에 대한 실험값과 이론 값을 비교함으로써 제1음속을구하였다. self-consistent-field 근사를 이용해서 얻은 흡착된 원자들의평균 거리와 유효 경핵지름을 이용하여 흡착 농도가 증가함에 따라제1음속은 증가하는 반면 유효 경핵지름은 감소함을 볼 수 있었다.

초유체 $^4$He 필름의 특성

남상탁 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.4

We obtained the third-sound speed of superfluid $^4$He films on glass substrates, on polished CaF$_2$ single-crystal substrates, and on argon substrates as functions of the temperature and the film thickness by using the hydrodynamic method of Rutledge et al. We calculated the superfluid parameters $\bar{\rho}_S/\rho$ and $\bar{\rho}_Sd/T$ of the superfluid $^4$He films by using the measured third-sound speed, the van der Waals constant, and the thickness of the film. We showed that the third-sound speed and the superfluid parameters $\bar{\rho}_S/\rho$ and $\bar{\rho}_Sd/T$ for the films on argon substrates decreased as the temperature was increased at temperatures below the critical temperature when the thickness of the films was constant. Also, the third-sound speed and the parameters $\bar{\rho}_S/\rho$ and $\bar{\rho}_Sd/T$ for the films on argon substrates increased as the thickness of the films was increased when the temperatures was constant at a value below the critical temperature. 유리 기판과 연마된 CaF$_2$ 단결정 기판 그리고 아르곤 기판 위에 형성된 초유체 $^4$He 필름에서 온도와 필름두께에 따라 달라지는 제삼음파의 속력을 Rutledge 등의 유체역학적 방법을 사용하여 구하였다. 아르곤 기판 위에 형성된 초유체 $^4$He 필름의 제삼음속, van der Waals 상수, 필름의 두께 등의 측정값들을 사용하여 초유체 $^4$He 필름의 $\bar{\rho}_S/\rho$와 $\bar{\rho}_Sd/T$를 계산하였다. 아르곤 기판 위에 형성되어 고정된 두께의 초유체 $^4$He 필름에서 전이온도 보다 낮은 온도에서 전이온도까지 온도를 증가시키면 제삼음속 $u_3$와 초유체 $^4$He 필름의 $\bar{\rho}_S/\rho$와 $\bar{\rho}_Sd/T$는 감소하고 고정된 온도에서 필름의 두께를 증가시키면 제삼음속 $u_3$과 초유체 매개변수들 $\bar{\rho}_S/\rho$와 $\bar{\rho}_Sd/T$도 증가함을 볼 수 있었다.

미세 관 내에 흡착된 ⁴He 필름의 차원

남상탁 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.4

We obtained the internal energy and the heat capacity of ^4He films adsorbed in nanopores at low temperatures from the isotropic dispersion given by the continuous axial wave vector and the azimuthal quantum number. We found the dimension of ^4He fluid adsorbed in a nanopore for various coverages from a comparison of the crossover sound velocity of ^4He fluids adsorbed on the nanopore walls given by the reduced temperature with the sound velocities obtained from the experimental data for the heat capacity of ^4He fluids adsorbed on pore walls of nanopores for three pore diameters, 1.8 nm, 2.2 nm, and 2.8 nm. 축 방향의 연속적인 파동벡터와 방위각 방향의 방위양자수로 기술되는등방성 분산을 사용하여 미세 관 내부에 흡착된 ^4He 필름의내부에너지와 열용량을 구하였다. 미세 관의 내부 벽에 흡착된 ^4He 필름의 환산온도로 나타낸 전이온도로부터 구한 전이음속들과 열용량의실험값으로부터 구한 음속들을 비교하여 지름이 1.8 nm, 2.2 nm 그리고2.8 nm인 미세 관의 벽에 흡착된 ^4He 유체의 차원을 흡착농도에 따라각각 나타냈다.

1차원과 3차원 나노구멍들에 흡착된 4He 필름

남상탁 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.12

We obtained the sound velocities from the one, two, and three-dimensional heat capacities given by the general-dimensional heat capacity of 4He fluids. We found that as the number density of helium increased above the maximum coverage at the heat capacity anomaly, the heat capacities decreased but the sound velocities increased, in the 4He fluids adsorbed in one-dimensional (1D) pores with diameters of 2.8 nm and in three-dimensional (3D) pores with diameters of 2.7 nm. We also found that the sound velocity decreased in the 4He fluids adsorbed in the 1D nanopores, but increased in the 4He fluids adsorbed in the 3D nanopores, as the temperature increased at the same coverage. The transition temperature of 4He fluids adsorbed on Vycor glass was well represented by using an ideal Bose gas with an effective mass. 4He 유체에 관한 일반적인 차원의 열용량으로부터 각 차원에 관한 열용량을 나타내어 음속을 구하였다. 열용량이 최대인 흡착 농도이상에서 농도가 증가함에 따라 지름이 각각 2.8 nm이고 2.7 nm인 1차원과 3차원 나노구멍의 벽에 흡착된 4He 필름 모두에서 열용량은 감소하고 음속은 증가함을 나타냈다. 동일한 흡착 농도에서 온도가 증가하면 1차원 나노구멍 내에 흡착된 4He 필름의 음속은 감소하지만 3차원 나노구멍 내에서의 음속은 증가함을 보였다. 또한 바이코오 (Vycor) 유리에 흡착된 초유체 4He 필름의 전이온도는 유효질량을 갖는 이상 보즈기체에 의하여 잘 나타내졌다.

Grafoil foam 기판 위의 4He 필름

남상탁 한국물리학회 2019 New Physics: Sae Mulli Vol.69 No.11

Grafoil foam 기판 위에 흡착된 액체 4He 필름에서 온도와 필름의 두께에 따라 달라지는 제삼음파의속력에 대한 이론적인 식을 Rutledge 등의 유체역학적 방법을 사용하여 나타냈다. 그리고, Grafoil foam 기판 위에 흡착된 액체 4He 필름의 제삼음속, van der Waals 상수, 필름의 두께 등의 측정값들을 사용하여액체 4He 필름의 초유체 매개변수들 s/ 와 sd/T 를 계산하였다. Grafoil foam 기판 위에 흡착된 액체4He 필름의 s/ 와 sd/T 는 각각의 기판의 전이온도에서 필름의 두께와 상관없이 각각 0.215와 0.267 사이의 값과 3:46 10 9 g/cm2K와 4:32 10 9 g/cm2K 사이의 값으로 주어지고 제삼음속은 각각의기판의 전이온도에서 필름의 두께를 증가시키면 감소함을 볼 수 있었다. 우리는 Grafoil foam 기판 위에흡착된 액체 헬륨 필름의 두께와 전이온도에 따라 필름의 치유길이와 제삼음속을 나타내는 식 내에 있는보정인자의 값이 낮은 전이온도와 얇은 두께의 필름에서 음이거나 작지만 전이온도가 높고 필름의 두께가두꺼우면 상당히 커짐을 알 수 있었다. We present the third sound-speed of liquid 4He films on Grafoil foam substrates as functions of the temperature and the film depth, which we obtained by using the hydrodynamic method of Rutledge et al.. We also calculated the superfluid parameters s/ and sd/T of the liquid 4He films on Grafoil foam substrates by using the measured values of the third sound-speed, the van der Waals constant, and the thickness of the film. We found that the parameters of s/ and sd/T in liquid 4He film on each Grafoil foam substrate at its critical temperature were between 0.215 and 0.267 and between 3:46 10 9 g/cm2K and 4:32 10 9 g/cm2K which had nothing to do with the film’s thickness. The third sound-speed for the films on each substrate at its critical temperature was found to be decrease with increasing thickness of the film. Also, the value of the complementary factor in the equation representing the film coverage and the third sound-speed as functions of the thickness and critical temperature of liquid 4He films on Grafoil foam substrates seemed to be negative or small for a thin film at its low critical temperature, but it was likely to be much large, for a thick film at its high critical temperature.

바이코오 유리와 3차원 나노구멍에 흡착된 4He 필름

남상탁 한국물리학회 2015 새물리 Vol.65 No.7

이상 보즈기체의 Bose-Einstein응축온도를 이용하여 4He 액체의 전이온도를 나타냈으며 Landau 모형으로부터 구한 열용량을 이용하여 제1음속을 구하였다. 유효질량과 상호작용을 나타내는 계수를 갖는 희박한 보즈기체에 의하여 이론적으로 잘 표현된 바이코오 (Vycor) 유리에 흡착된 초유체 4He 필름에서 입자농도의 함수로 주어진 전이온도는 이상 보즈기체의 전이온도와 근사적으로 같음을 보였다. 바이코오 (Vycor) 유리에 흡착된 초유체 4He 필름과 2.7 nm인 3차원 나노구멍의 벽에 흡착된 4He 필름에서 온도가 증가함에 따라 열용량과 제1음속도 증가함을 보였다. We represented the transition temperature of 4He liquids in terms of the transition temperature of an ideal Bose gas and obtained the first sound velocities from the heat capacities of 4He liquids given by using the Landau model. The transition temperature of 4He fluids adsorbed on Vycor glass can be well represented by using a dilute Bose gas with an effective mass, and the interaction coefficient was shown to be similar to the transition temperature of an ideal Bose gas. We also found that as the temperature increased in the 4He fluids adsorbed on Vycor glass and three-dimensional pores with diameters of 2.7 nm, the heat capacities and the first sound velocities also increased.