Browsing by Author "Manninen, Matti S."

Now showing 1 - 2 of 2

Oscillations on helium surfaces
(2015) Manninen, Matti S.
School of Science | Doctoral dissertation (article-based)
Helium is light, chemically inert monatomic noble gas with either four (4He) or three (3He) nucleons. Both isotopes can be liquefied by lowering the temperature down to few kelvins. Further cooling does not solidify the liquid. Instead, quantum mechanics begins to play a significant role. Particles are divided into two classes, bosons and fermions, whose properties differ in fundamental ways. Helium represents both of these classes as the number of elementary particles is even in bosonic 4He and odd in fermionic 3He. When normal liquid is cooled down, it becomes more viscous, and the movement of an immersed object becomes increasingly damped. However, in bosonic 4He the damping begins to diminish at around 2 K. This transition from normal liquid into superfluid phase origins from quantum mechanics. As fermionic 3He obeys different statistics, also the superfluid transition temperature differs by several orders of magnitude: 3He becomes superfluid at temperatures around 1 mK. In the low temperature limit the damping is caused by rarefied gas of thermally excited quasiparticles. In this thesis standing waves on the free surface of superfluid 4He and 3He were studied experimentally. The measured damping of the waves reflects the boson or fermion character of the medium. Measurements were in reasonable agreement with theoretical prediction of damping due to thermal quasiparticles. Also the resonance frequencies were consistent with the previously measured value of the surface tension. The same experimental setup was also used to study saturated solution of 3He-4He mixture. The molar volume was measured at pressures up to the melting pressure. The melting pressure depends on only one variable, and therefore it can be used for thermometry. When temperature is 294 mK two liquid and two solid phases coexist. This quadruple point can serve as a fixed temperature point.
Towards a new experimental setup for optical studies on ³He crystals
(2008) Manninen, Matti S.
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Viime vuosina Kylmälaboratorion Interface-ryhmässä on pääasiassa keskitytty tutkimaan 3He-kidepintoja optisesti. Nykyisellä koelaitteistolla 3He voidaan jäähdyttää lämpötilaan 0.5 mK. Kuitenkin vielä matalammassa lämpötilassa, noin 0.2 mK, isotoopin 3He odotetaan käyttäytyvän erikoisella tavalla: kiteen kasvu ja sulaminen voi olla niin nopeaa, että kiteen ja suprajuoksevan nesteen välisellä rajapinnalla voi edetä aalto. Koska nykyisellä koelaitteistolla lämpötilaa 0.2 mK ei voida saavuttaa, on rakennettava uusi laitteisto. Lisäksi isotoopin 3He magneettiset faasitransitiot matalassa lämpötilassa sekä supranesteessä että kiteessä kentän 0.5 T tuntumassa ovat hyvin mielenkiintoisia. Tässä työssä selvitetään syitä, jotka rajoittavat alinta nykyisin saavutettavaa lämpötilaa. Erityisesti metallien ja metallisten liitosten lämmönjohtavuuksia tutkittiin kokeellisesti. Kokeissa tutkittiin lämpökäsittelyn, diffuusiohitsauksen, puristus- ja ruuviliitosten ominaisuuksia. Kokeet rajoittuivat kupariin ja hopeaan. Metallisten liitosten ohella hyvä lämmönjohtavuus metallin ja heliumin välillä on tärkeää. Heliumin ja metallin välinen huono terminen kytkeytyminen voidaan kompensoida suurella kontaktipinta-alalla. Tässä työssä usein lämmönvaihtimena käytettävän sintratun hopeajauheen pinta-ala määritettiin kaasuadsorbtiomenetelmällä (BET). Magneettikentässä suoritettavat mittaukset vaativat jopa 0.5 T kentän, mutta toisaalta koekammion ulkopuolella magneettikentän tulee olla pieni. Tätä tarkoitusta varten tehtiin ohjelma, jolla kompensoidun suprajohtavasta langasta tehtävän magneetin muoto voidaan laskea. Näiden mittausten ja laskujen pohjalta suunniteltiin uusi paranneltu versio nykyisestä koelaitteistosta.