Etude des ondes de spin dans le mélange 3He-4He liquide polarisé

The exchange interaction in degenerate liquid 3He is at the origin of coherent effects like spin waves or the Leggett-Rice effect. At low polarisation these effects are well described by the Leggett equations and they are only visible at low temperature and in sufficiently highmagnetic fields. The question is if at high polarisation the phase space between “up” and “down” Fermi levels is available for collisions damping the spin coherence even at zero temperature. In this case the collision time for these effects varies like 1/(T2+TA2) where TA isproportional to the polarisation and induces dissipation at T = 0 K. The existence of this dissipation has been subject of a theoretical and experimental debate. Until now, only the Leggett-Rice effect data by Akimoto et al. giving TA/B ~ 0.28 mK/Tesla agree with a theoretical prediction. Our data falls in the temperature range 10-30 mK but we are able to enhance polarisation by more than a factor 3 with respect to its equilibrium value (an effective field of more than 34 Tesla). We measure TA/Beff ~ 0,3 mK/Tesla, a value compatible with thesame theoretical model. The calibration of our vibrating wire viscometers versus temperature resulted in a surprising effect. Below 100 mK and for all our wires (diameters between 25 and 115 μm), the 3He-4He mixtures behave like a normal liquid in the bulk, but like a superfluid on the surface: the momentum transfer parallel to the interface between the wire and the liquid almost vanishes. The departure from hydrodynamic behaviour is parametrised by a slip length, usually of the order of the mean free path. We have seen an enhancement of this length by a factor 1000 due to the presence of a superfuid 4He film on the walls. Below 10 mK, when the mean free path becomes of order of the wire diameter we also observe slip perpendicular to the surface of the wire. The microscopic model of Bowley and Owers-Bradley agrees very well with our measurements and allows us to extract the viscosity of the mixture, which we convert into temperature for the spin waves measurement.L'interaction d'échange dans l'3He liquide dégénéré est à l'origine d'effets cohérents comme les ondes de spin ou l'effet Leggett-Rice. Ces effets sont bien décrits à basse polarisation par les équations de Leggett et ne sont visibles qu'à très basse température et dans des champs magnétiques assez forts. La question se pose si à forte polarisation l'espace de phase entre les niveaux de Fermi « up » et « down » est disponible pour des collisions amortissant la cohérence de spin, même à température nulle. Dans ce cas, le temps de collision pour ces effets cohérents varie comme 1/(T2+TA2) où TA est proportionnel à la polarisation et induit la dissipation à T = 0 K. Il y a eu un grand débat à la fois théorique et expérimental sur l'existence de cette dissipation et, jusqu'à présent, seule l'expérience sur l'effet Leggett-Rice de Akimoto et al. permet de trancher en faveur d'un modèle théorique (celui qui prédit TA>0). Nous avons travaillé entre 10 et 30 mK sous 11,3 Tesla, la différence par rapport aux autres groupes étant que nous travaillons hors-équilibre, avec un gain en polarisation pouvant dépasser 3 (ce qui équivaut à un champ magnétique effectif de plus de 30 Tesla). Dans ces conditions nous mesurons TA/Beff ~ 0,3 mK/Tesla, ce qui est compatible avec le même modèle théorique. L'étalonnage en température des viscosimètres à fil vibrant a mis en évidence un effet surprenant. En dessous de 100 mK et pour tous les fils étudiés (diamètres compris entre 25 et 115 μm), les mélanges 3He-4He se comportent comme des liquides normaux en volume, mais comme des superfluides en surface : le transfert d'impulsion parallèle à l'interface entre le filet le liquide est presque nul. Le départ de l'hydrodynamique est paramétré par une longueur deglissement qui est d'habitude de l'ordre du libre parcours moyen. Nous avons vu une augmentation de cette longueur d'un facteur 1000 à cause de la présence d'un film d'4He superfluide sur les parois. En dessous de 10 mK, quand le libre parcours moyen devient de l'ordre du diamètre du fil, nous observons également un glissement perpendiculaire à la surface du fil. Le modèle microscopique de Bowley et Owers-Bradley est en très bon accord avec nos données et permet d'extraire la viscosité du mélange, que nous convertissons en température pour les mesures d'ondes de spin