Numéro
J. Phys. France
Volume 49, Numéro 8, août 1988
Page(s) 1411 - 1423
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:019880049080141100
J. Phys. France 49, 1411-1423 (1988)
DOI: 10.1051/jphys:019880049080141100

Structural transitions in ultrathin binary mixture films : an interplay between finite size and surface effects

Jean-Pierre Desideri et Didier Sornette

Laboratoire de Physique de la Matière condensée, CNRS UA 190, Faculté des Sciences, Parc Valrose, 06034 Nice Cedex, France


Abstract
We propose a simple model for the homogeneous-stratified transitions observed in 3He-4He binary mixture films using the third sound technique. A continuous Landau-Ginzburg model with a bulk term containing both atom-atom and superfluid contributions plus surface and interface terms with in addition the constraint of conservation of helium 3 and helium 4 is presented and its predictions compared to experiments. Our results suggest precise pictures for the different film structures deduced from the analysis of experiments and stress the intricate interplay between bulk, surface and interface energies as occurs in this range of thicknesses (3 atomic layers ≤ d ≤ 20 atomic layers). The behaviour of these films appears to be intermediate between two and three dimensional and points at the importance of finite size effects.


Résumé
Nous proposons un modèle pour les transitions homogène-stratifié observées dans les films de mélange d'3He-4He utilisant la technique du troisième son. On présente un développement de type Landau-Ginzburg contenant la contribution des interactions atomes-atomes et celle de l'ordre superfluide ainsi que des termes de surface et d'interface avec en plus la condition de conservation des espèces 3He et 4He. Les résultats obtenus suggèrent des images précises de la structure des films déduites de l'analyse des expériences et soulignent le rôle de la compétition entre les termes de volume, de surface et d'interface dans ce régime d'épaisseurs comprises entre 3 et 20 couches atomiques. Le comportement de ces films apparaît ainsi intermédiaire entre bi- et tri-dimensionnel et est caractéristique d'effets de taille finie.

PACS
6760 - Mixed systems; liquid 3He, 4He mixtures.

Key words
Ginzburg Landau theory -- helium films -- liquid helium 3 4 mixtures -- liquid helium sound propagation -- size effect -- superfluidity