Diffusion de la chaleur dans un substrat de verre recouvert d'un film mince d'4He et d'3He

Heat diffusion through a glass substrate coated by a thin 4He and 3He film

• Auteur / Autrice : Hassan Khalil
• Direction : Jean Pierre Laheurte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Nice
• Jury : Président / Présidente : Jean Pierre Laheurte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Romagnan, Olivier Legrand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Giorgio Frossati, Reijen Jochemsen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phonons

Hélium

Superfluidité

Couches minces

Transfert de chaleur

Résumé

Ce mémoire présente une étude expérimentale mettant en évidence la façon dont la diffusion de la chaleur dans un substrat de verre est modifiée par la présence d'un film mince d'hélium adsorbé de quelques couches atomiques d'épaisseur. Dans le cas d'un film d'#4he dans l'état superfluide on s'attend à ce que le film se comporte comme un court-circuit thermique. Cependant à basse température la résistance thermique entre le substrat et le film augmente et les expériences permettent d'observer simultanément un signal diffusif du au substrat et le signal de 3eme son. L'analyse du signal a permis d'obtenir des informations quantitatives sur la valeur de la résistance thermique entre le substrat et le film. Lorsque le film d'#4he est dans l'état normal il affecte aussi très sensiblement la diffusion de la chaleur dans le substrat. Ce résultat est très surprenant et les expériences montrent qu'il s'agit là d'une sonde très sensible a l'apparition de la phase liquide. Afin de pouvoir faire varier indépendamment l'épaisseur du film normal et la température dans un plus large domaine, ces expériences ont été reprises sur un substrat de verre recouvert par un film mince d'#3he. Pour des épaisseurs supérieures à 6 couches atomiques, deux temps caractéristiques de diffusion ont été observés mettant clairement en évidence l'existence d'un second canal diffusif du au film normal adsorbé. Pour des épaisseurs supérieures à 3 couches atomiques, un effet spectaculaire de piégeage de l'énergie dans le film normal a été mis en évidence. Cet effet original montre ce que ce type d'expérience peut apporter comme information sur la façon dont les phonons existant dans le film mince liquide reviennent dans le solide

This report presents an experimental study showing how the heat diffusion in a glass substrate is modified by the presence of a thin Helium film adsorbed with a thickness of a few atomics layers. In the case of a superfluid 4He film we expect that this film acts like a thermal short-circuit. However at low temperture the thermal resistance between the subtrate and the film becomes large, the experiments allow to obsere a dffusion signal due to the substrate and the third sound signal. The analysis of the signal allows to get some quantitative information about the value of the thermal resistance between the substrate and the film. When the 4He film is in the normal state, it also affects very appreciably the heat diffusion in the substrate. This result is surprising and experiments show it is a matter of a very sensitive « liquid phase » apparition probe. In order to change independently the thickness of the normal film and the temperature in a wide range, these experiments were repeated on a glass substrate coated by a thin 3He film. For the thickness which are larger than 6 atomic layers, two characteristics time were observed showing clearly the presence of a second diffusive channel due to the adsorbed normal film. For the thickness which are larger than 3 atomic layers, a spectacular effect of « energy trapping » in the film was underscored. This original effect that this type of experiment can provide information about the manner whith which the phonons existing in the thin liquid film return to the solid