roton
简介
这是在Landau的超流理论中提出的一类元激发. 在解释液体HeⅡ反常性质中,Landau提出两类元激发,在低动量范围,元激发是声子; 在高动量范围,元激发主要是旋子. 旋子的色散关系为:
,
其中△为能隙值,p0为ε极小值的动量,μ是准粒子的有效质量.
旋子的能量和动量之间的关系后来被中子散射实验直接验证,并且确定了△,p0和μ的值. 在T=1. 1K,它们的数值为: △/kB=8.65±0.04K, p0/ћ=1.91±0.01A-1,μ=0.16m4,这里m4是一个氦原子的质量,kB为Boltzmann常数,ћ为Planck常数.
在Landau的处理中认为旋子的色散关系与温度无关,但实验上测出与温度有关.随着温度的升高,△减小,这是由于元激发之间的相互作用引起的. 但从实验的角度,温度在1.5K以下仍然可认为旋子的色散关系与温度无关.
在温度低于0.6K,He Ⅱ 中唯一的激发是声子,只有当T>0.6K,旋子才开始激发.所以在高温区域,旋子激发占主要地位,对熵和比热的贡献主要来源于旋子.
另外,△,p0和μ的值还与压力有关,△和μ随压力增加而减小;p0随压力增加而增加. 这在计算几个量时需要用到△,p0和μ与压力的关系,如饱和蒸汽压力的粘滞系数.
从Feynman给出的波函数性质可以把旋子理论为一个原子尺度的涡环,它的半径小到中间只能允许一个原子通过. 这样小的涡环不可能再进一步收缩,因而不再有向前的漂移运动.