L'hélium solide métastable en sous-pression

par Fabien Souris

Thèse de doctorat en Physique Quantique

Sous la direction de Philippe Jacquier.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    En 1969, il a été suggéré que des lacunes atomiques pourraient former un condensat de Bose dans l'hélium-4 solide, ce qui lui conférerait des propriétés de superfluidité. Ce scénario n'a toujours pas pu être observé, car il semblerait que l'énergie d'activation des lacunes soit trop importante. Toutefois cette énergie diminue lorsque le volume molaire du solide augmente, mais cette diminution est limitée par la fusion du solide. Le travail présenté dans cette thèse, vise à produire un d'hélium solide métastable par rapport à la fusion, pour prolonger la diminution de l'énergie d'activation et tendre vers la réalisation du scénario. Pour cela nous avons développé une technique permettant de focaliser une onde ultrasonore dans un monocristal d'hélium pourtant anisotrope. Les oscillations de pression provoquées par l'onde portent transitoirement l'hélium sous sa pression de fusion, qui est d'environ 25 bar. Une mesure interférométrique du champ acoustique émis, faite à travers les accès optiques du cryostat, nous permet de déterminer la pression de l'échantillon métastable produit. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible d'obtenir des états métastables décomprimés jusqu'à 21 bar, soit 4,5 bar sous la pression de fusion. Au-delà de cette limite, le cristal subit une instabilité inattendue, bien avant la limite spinodale prédite théoriquement. L'analyse de cette instabilité montre que le phénomène pourrait correspondre à la nucléation de la phase liquide, bien que sa pression d'apparition soit incompatible avec le modèle actuel.

  • Titre traduit

    Metastable solid helium-4 its melting pressure


  • Résumé

    In 1969, it was suggested that atomic vacancies could form a Bose condensate in solid helium-4, which would cause the solid to have superfluid properties. This scenario has still not been observed, because it seems that vacancy activation energy is too high. However, this energy lowers as the molar volume of the solid increases, but this lowering is limited by the melting line. The work presented in this thesis, aims to produce a metastable state relative to melting of solid helium, to extend the lowering of vacancy energy and tend to the realization of the scenario. To this end, we developped a technique allowing us to focus an ultrasonic sound wave inside a helium monocrystal, despite its anisotropy. Pressure oscillations causes by the sound wave bring transiently the solid below its melting pressure, close to 25 bar. An interferometric measurement of the acoustic field, made through the cryostat viewports, is used to determine the pressure of the metastable sample produced. Our results show that one can obtain metastable states down to 21 bar, i. E. 4,5 bar below the melting pressure. Beyond this threshold, the crystal undergoes an unexpected instability, much before the predicted spinodal limit. The instability analysis shows that this could be a nucleation phenomenom of the liquid phase, although the pressure threshold is incompatible with the actual model.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2014 par [CCSD] à Villeurbanne

L'hélium solide métastable en sous-pression

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Informations

  • Détails : 1 vol. (150 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.127-136

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  • Bibliothèque : Sorbonne Université. Bibliothèque de Sorbonne Université. Bibliothèque Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : T PARIS 6 2013 170
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