MCM-41 中超出罗顿区的液态$^4$He 声子 - 罗顿模

我们展示了在$T = 0.5$ K 温度下，对限制在 47 \AA MCM-41 中的超流$^4$He 的声子 - 罗顿 (P-R) 模在中子散射波矢$Q$超出罗顿波矢 ($Q_R = 1.92$ \AA$^{-1}$) 范围内的测量结果。超出罗顿区的测量需要访问高达$Q = 4$ \AA$^{-1}$的高波矢，并具备优异的能量分辨率和高统计精度。目前的结果首次表明，在$T = 0.5$ K 时，MCM-41 中的 P-R 模延伸至波矢$Q \simeq 3.6$ \AA$^{-1}$，其能量和零宽度（在精度范围内）与在体相超流$^4$He 中观测到的相同。在罗顿区也观测到了层模。具体而言，对于$Q > Q_R$，P-R 模能量$\omega_Q$随$Q$增加，并在最大能量$Q = 2\Delta$处达到平台，其中$\Delta$为罗顿能量，在 MCM-41 中$\Delta = 0.74 \pm 0.01$ meV。这一上限意味着当 P-R 模能量超过$2\Delta$时会衰变为两个罗顿子。这也意味着 P-R 模不会衰变为两个层模。如果 P-R 模能衰变为两个层模，$\omega_Q$将在较低能量$\omega_Q = 2\Delta_L$处形成平台，其中$\Delta_L = 0.60$ meV 是层模类罗顿极小值的能量。观测到能量高达$2\Delta$的 P-R 模表明，P-R 模与层模是独立的模，它们之间显然几乎没有相互作用。