Anomalous Vegard law in mixed cryocrystals N2O–CO2 as a phase transition in molecular orientational subsystem
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0042903Ключові слова:
molecular solid solutions, Vegard isotherms, solid phase decompositionАнотація
Обговорено ефект обертальних ступенів руху молекул на аномальні концентраційні та температурні залежності параметра ґратки (так званий закон Вегарда), що експериментально спостерігається в молекулярному кріорозчині N2O–CO2 у межах усієї області концентрацій ГЦК твердої суміші, розупорядкованій по обертальній підсистемі. Аномалії концентраційних залежностей параметра ГЦК ґратки у твердому розчині вздовж ізотерм мають виразні ознаки орієнтаційного фазового перетворення в квадрупольному склі (структура, яка є характерною для більшості кріосумішей, скомпанованих з дво- або триатомних молекул) за наявності істотного внеску від диполь-дипольної, диполь-квадрупольної та квадрупольквадрупольної електричних взаємодій, які зумовлені специфічним електронним розподілом в асиметричному ротаторі N≡N–O (молекула двоокису вуглецю O=C=O є симетричним ротатором, що має тільки квадрупольний момент).
Посилання
The Physics of Cryocrystals, edited by V. G. Manzhelii, Yu. A. Freiman, M. L. Klein, and A. A. Maradudin (AIP Press, Woodbury, 1997).
A. Loidl and R. Bömer, “Glass transitions and relaxation phenomena in orientational glasses and surercooled plastic crystals,” in Disorder Effects on Relaxation Processes, edited by R. Richert and A. Blumen (Berlin, Heidelberg, 1994).
Disorder Effects on Relaxation Processes, edited by R. Richert and A. Blumen (Springer, Berlin, Heidelberg, 1994).
A. A. Solodovnik and V. V. Danchuk, “Structure of nitrous oxide-carbon dioxide alloys,” Low Temp. Phys. 35, 339 (2009) [Fiz. Nizk. Temp. 35, 438 (2009)]. https://doi.org/10.1063/1.3117965
L. Vegard, “Die konstitution der mischkristalle und die raunfülling der atome,” Z. Phys. 5, 17 (1921). https://doi.org/10.1007/BF01349680
L. Vegard, “Mischkristallbildung in molekülgittern durch austausch der moleküle,” Z. Phys. 71, 465 (1932). https://doi.org/10.1007/BF01340080
Y. Zhou, Y. Rao, L. Zhang, S. Ju, and H. Wang, “Mashine-learning prediction of vegard’s law factor and volume size factor for binary substitutional metallic solid solutions,” Acta Mater. 237, 118166 (2022). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118166
T. N. Antsygina, V. A. Slusarev, Yu. A. Freiman, and A. I. Erenburg, “Libration motion dynamics in N2-type crystals. 1. mean field theory and harmonic approximation,” Sov. J. Low Temp. Phys. 8, 99 (1982) [Fiz. Nizk. Temp. 8, 199 (1982)]. https://doi.org/10.1063/10.0030666
T. N. Antsygina, V. A. Slusarev, Yu. A. Freiman, and A. I. Erenburg, “Libration motion dynamics in N2-type crystals. 2. simultaneous account of anharmonic and correlation effects,” Sov. J. Low Temp. Phys. 8, 149 (1982) [Fiz. Nizk. Temp. 8, 296 (1982)]. https://doi.org/10.1063/10.0030677
T. N. Antsygina, V. A. Slusarev, Yu. A. Freiman, and A. I. Erenburg, “Libration motion dynamics in N2-type crystals. 3. comparison with experiment,” Sov. J. Low Temp. Phys. 8, 553 (1982) [Fiz. Nizk. Temp. 8, 1095 (1982)]. https://doi.org/10.1063/10.0030779
T. N. Antsygina, V. A. Slusarev, Yu. A. Freiman, and A. I. Erenburg, “Anharmonic effects in libration motion dynamics in N2-type crystals,” J. Low Temp. Phys. 56, 331 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00681448
T. N. Antsygina and V. A. Slyusarev, “On the theory of rotational-polaron states of a diatomic impurity molecule in an atomic crystal,” Teor. Mat. Fiz. 77, 234 (1988). https://doi.org/10.1007/BF01016384
T. N. Antsygina, M. I. Poltavskaya, and K. A. Chishko, “Interaction of translational and rotational modes of a molecular iimpurity in a two-dimensional atomic cryocrystal,” Phys. Solid State 44, 1215 (2002). https://doi.org/10.1134/1.1494621
T. N. Antsygina, M. I. Poltavskaya, and K. A. Chishko, “Translational-rotational interaction in dynamics and thermodynamics of 2D atomic crystal with molecular impurity,” Low Temp. Phys. 29, 720 (2003) [Fiz. Nizk. Temp. 29, 961 (2003)]. https://doi.org/10.1063/1.1614176
P. F. Fracassi and M. L. Klein, “Translation-rotation coupling and the lattice dynamics of solid carbon monoxide,” Chem. Phys. Lett. 108, 359 (1984). https://doi.org/10.1016/0009-2614(84)85206-9
S.-B. Liu and M. S. Conradi, “Combined translational-rotational jumps in solid a-CO,” Phys. Rev. B 30, 24 (1984). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.30.24
R. K. Pathria, Statistical Mechanics, (Butterworth-Heinnemann, Oxford, 1996).
E. A. Guggenheim, Mixtures (Clarendon Press, Oxford, 1952).
T. L. Hill, Statistical Mechanics (McGRAW-HILL, NY, 1956).
T. N. Antsygina, K. A. Chishko, V. N. Grigor’ev, V. A. Maidanov, S. P. Rubets, E. Ya. Rudavskii, A. S. Rybalko, E. V. Syrnikov, and A. A. Penzev, “Fluctuation effects at pre-separation region in solid 3He–4He mixtures,” J. Low Temp. Phys. 148, 719 (2007). https://doi.org/10.1007/s10909-007-9478-7
T. N. Antsygina, K. A. Chishko, V. N. Grigoriev, V. A. Maidanov, A. A. Penzev, S. P. Rubets, E. Ya. Rudavskii, A. S. Rybalko, and E. V. Syrnikov, “Detection of fluctuation effects near the phase separation temperature of concentrated 3He–4He solid solutions,” Low Temp. Phys. 31, 1059 (2005) [Fiz. Nizk. Temp. 31, 1395 (2005)]. https://doi.org/10.1063/1.2144456
A. A. Solodovnik and N. S. Mysko-Krutik, “Phase states and the mechanism of crystallization of condensed Ar–Kr mixtires,” Low Temp. Phys. 47, 874 (2021) [Fiz. Nizk. Temp. 47, 949 (2021)]. https://doi.org/10.1063/10.0006069
L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Theory of Elasticity (Nauka, Moscow, 1965).
W. Nowacki, Theory of Elasticity (Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1970).
J. D. Eshelby, “The elastic field outside an ellipsoidal inclusion,” Proc. Roy. Soc. Ser. A 252, 561 (1959). https://doi.org/10.1098/rspa.1959.0173
J. D. Eshelby, “The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion and related problems,” Proc. Roy. Soc. Ser. A 241, 376 (1957). https://doi.org/10.1098/rspa.1957.0133
K. A. Chishko, Quantum mechanics of a diatomic substitutional impurity in a monatomic hcp lattice, Preprint, No. 62–86, Kharkov (1986).
J. Manz, “Rotating molecules trapped in pseudorotating cages,” J. Amer. Chem. Soc. 102, 1801 (1980). https://doi.org/10.1021/ja00526a007
J. Manz and K. Mirsky, “The geometry and vibrational frequency shift of CO molecules in an argon matrix studied by force-field calculation,” Chem. Phys. 46, 457 (1980). https://doi.org/10.1016/0301-0104(80)85221-9
Shang-Bin Liu and M. S. Conradi, “Molecular rotations in CO/N2/Ar quadrupole glass: Dielectric study,” Solid State Commun. 49, 177 (1984). https://doi.org/10.1016/0038-1098(84)90790-7
K. R. Nary, P. L. Kuhns, and M. S. Conradi, “Head-tail disorder and reorientation in solid N2O and CO: Dielectric study,” Phys. Rev. B 26, 3370 (1982). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.26.3370
M. Born and K. Huang, Dynamical Theory of Crystal Lattices (Clarendon Press, Oxford, 1954).
G. Leibfried, Gittertheorie der Mechanischen und Thermischen Eigenschaften der Kristalle (Springer-Verlag, Berlin, 1955).
V. Hadjicontis, C. Mavromatou, T. N. Antsygina, and K. A. Chishko, “Mechanism of electromagnetic emission in plastically deformed ionic crystal,” Phys. Rev. B 76, 024106 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.024106
K. A. Chishko, “Unambiguous coupling between acoustic and electromagnetic emissions in plastically deformed crystals,” Low Temp. Phys. 49, 1199 (2023) [Fiz. Nyzk. Temp. 49, 1321 (2023)]. https://doi.org/10.1063/10.0021362
A. I. Krivchikov, M. I. Bagatskii, V. G. Manzhelii, I. Ya. Minchina, and P. I. Muromtsev, “Dilute solid solutions of 14N2, 15N2, and CO in Ar at helium temperatures: Heat capacities and rotational spectra of impurity molecules,” Sov. J. Low Temp. Phys. 14, 667 (1988) [Fiz. Nizk. Temp. 14, 1208 (1988)]. https://doi.org/10.1063/10.0032061
P. I. Muromtsev, M. I. Bagatskii, V. G. Manzhelii, I. Ya. Minchina, and P. I. Muromtsev, “Heat capacity of dilute solid solutions of 14N2 and 15N2 in Kr at helium temperatures,” Sov. J. Low Temp. Phys. 16, 616 (1990) [Fiz. Nizk. Temp. 16, 1058 (1990)]. https://doi.org/10.1063/10.0032683
M. I. Bagatski, V. G. Manzhelii, P. I. Muromtsev, and I. Ya. Minchina, “Influence of random static deformations on the impurity specific heat of dilute solutions of 14N2 in solid Kr,” Low Temp. Phys. 18, 23 (1992) [Fiz. Nizk. Temp. 18, 37 (1992)]. https://doi.org/10.1063/10.0033080
