Квантовые эффекты в кинетике сорбции ⁴Не мезопористыми материалами

Abstract

Исследована сорбция и десорбция ⁴He мезопористым силикатным материалом МСМ-41 в температурном интервале 1,5–290 К. Показано, что в интервале температур 25–290 К в кинетике сорбции атомов 4 Не образцом МСМ-41 доминирует термоактивационный механизм, оценка энергии активации которого составила Еа ≈ 164,8 К. В интервале 12–23 К температурная зависимость диффузии атомов ⁴Не в МСМ-41 практически полностью отсутствовала, что характерно в случае преобладания туннельного механизма диффузии над термоактивационным. В интервале 6–12 К наблюдалось изменение подвижности атомов ⁴Не в каналах МСМ-41, что, по всей видимости, соответствует формированию при охлаждении (либо распаду при нагреве) монослоя и последующих слоев ⁴Не на внутренней поверхности каналов. При температуре ниже 6 К коэффициенты диффузии ⁴Не слабо зависят от температуры, что, предположительно, соответствует поведению квантовой жидкости ⁴Не в каналах МСМ-41, покрытых несколькими слоями атомов ⁴Не.

Досліджено сорбцію і десорбцію ⁴He мезопористим силікатним матеріалом МСМ-41 в температурному інтервалі 1,5–290 К. Показано, що в інтервалі температур 25–290 К в кінетиці сорбції атомів ⁴Не зразком МСМ-41 домінує термоактиваційний механізм, оцінка енергії активації якого склала Еа ≈ 164,8 К. У інтервалі 12–23 К температурна залежність дифузії атомів ⁴Не в МСМ-41 була практично повністю відсутня, що характерно у разі переважання тунельного механізму дифузії над термоактиваційним. В інтервалі 6–12 К спостерігалася зміна рухливості атомів ⁴Не в каналах МСМ-41, що, вірогідно, відповідає формуванню при охолодженні (або розпаду при нагріванні) моношару і наступних шарів ⁴Не на внутрішній поверхні каналів. При температурі нижче 6 К коефіцієнти дифузії ⁴Не слабо залежать від температури, що, імовірно, відповідає поведінці квантової рідини ⁴Не в каналах МСМ-41, покритих декількома шарами атомів ⁴Не.

The sorption and the desorption of ⁴He by the mesoporous silicate MCM-41 material have been investigated in the temperature interval 1,5–290 K. It is shown that at T = 25–290 K the thermal activation mechanism is dominant in the kinetics of the sorption of ⁴He atoms by the MCM-41 sample. Its activation energy was estimated to be Ea ~ 164,8 K. At T = 12–23 K the diffusion of the ⁴He atoms in the MCM-41 was practically independent of temperature, which typically occurs when the tunnel mechanism of diffusion dominates over the thermal — activation one. The mobility of the ⁴He atoms in the MCM-41 channels changed at T = 6–12 K which may be indicative of the formation on cooling (or decay on heating) of the monolayer and subsequent ⁴He layers at the inner surfaces of the channels. Below 6K the diffusion coefficients of ⁴He are only slightly dependent on temperature, which may be attributed to the behavior of the quantum ⁴He liquid in the MCM-41 channels covered with several layers of ⁴He atoms.