http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/150593 2026-04-12T02:41:22Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/176086 The low-temperature specific heat of MWCNTs Sumarokov, V.V.; Jeżowski, A.; Szewczyk, D.; Bagatski, M.I.; Barabashko, M.S.; Ponomarev, A.N.; Kuznetsov, V.L.; Moseenkov, S.I. The specific heat of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with a low defectiveness and with a low content of inorganic impurities has been measured in the temperature range from 1.8 to 275 K by the thermal relaxation method. The elemental composition and morphology of the MWCNTs were determined using scanning electron microscopy analysis and energy dispersion x-ray spectroscopy. The MWCNTs were prepared by chemical catalytic vapor deposition and have mean diameters from 7 nm up to 18 nm and lengths in some tens of microns. MWCNTs purity is over 99.4 at.%. The mass of the samples ranged from 2–4 mg. It was found that the temperature dependence of the specific heat of the MWCNTs differs significantly from other carbon materials (graphene, bundles of SWCNTs, graphite, diamond) at low temperatures. The specific heat of MWCNTs systematically decreases with increasing diameter of the tubes at low temperatures. The character of the temperature dependence of the specific heat of the MWCNTs with different diameters demonstrates the manifestation of different dimensions from 1D to 3D, depending on the temperature regions. The crossover temperatures are about 6 and 40 K. In the vicinity of these temperatures, a hysteresis is observed.; Питому теплоємність багатостінних вуглецевих нанотрубок (БСВНТ) з низькою дефектністю та низьким вмістом неорганічних домішок виміряно в діапазоні температур 1,8–275 К методом теплової релаксації. Зразки БСВНТ отримано хімічним каталітичним осадженням з парової фази. Елементний склад і морфологію БСВНТ визначено за допомогою скануючої електронної мікроскопії та енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Нанотрубки мали середній діаметр від 7 до 18 нм і довжину в кілька десятків мікрон. Чистота БСВНТ була більш ніж 99,4 ат.%. Маса зразків становила від 2 до 4 мг. Виявлено, що температурна залежність питомої теплоємності БСВНТ значно відрізняється від теплоємності інших вуглецевих матеріалів (графена, в’язок ОСВНТ, графіту, алмазу) при низьких температурах. Теплоємність БСВНТ систематично зменшується зі збільшенням діаметра нанотрубок при низьких температурах. Температурні залежності питомої теплоємності БСВНТ з різними діаметрами демонструють притаманний низьковимірним системам характер від 1D до 3D в залежності від температурних областей. Температури кросовера складають близько 6 та 40 К. Поблизу цих температур спостерігається гістерезис.; Удельная теплоемкость многостенных углеродных нанотрубок (МСУНТ) с низкой дефектностью и низким содержанием неорганических примесей измерена в диапазоне температур 1,8–275 К методом тепловой релаксации. Образцы МСУНТ получены химическим каталитическим осаждением из паровой фазы. Элементный состав и морфология МСУНТ определены с помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Нанотрубки имели средний диаметр от 7 до 18 нм и длину в несколько десятков микрон. Чистота МСУНТ более 99,4 ат.%. Масса образцов составляла от 2 до 4 мг. Обнаружено, что температурная зависимость удельной теплоемкости МСУНТ значительно отличается от теплоемкости других углеродных материалов (графена, связок ОСУНТ, графита, алмаза) при низких температурах. Теплоемкость МСУНТ систематически уменьшается с увеличением диаметра нанотрубок при низких температурах. Температурные зависимости удельной теплоемкости МСУНТ с разными диаметрами демонстрируют присущий низкоразмерным системам характер от 1D до 3D в зависимости от температурных областей. Температуры кроссовера составляют около 6 и 40 К. Вблизи этих температур наблюдается гистерезис. 2019-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/176085 The thermal diffusivity of molecular cryocrystals Sumarokov, V.V.; Jeżowski, A.; Stachowiak, P.; Freiman, Y.A. Low-temperature thermal diffusivity of molecular cryocrystals (O₂, N₂, CO, N₂O and CO₂) has been investigated and some anomalies were found. The thermal diffusivity of these crystals vary by more than 4–6 orders of the magnitude in the temperature range from 1 K up to their triple points. The thermal diffusivity displays jumps at the phase transition points. It has been found that the thermal diffusivity of solid oxygen is nonmonotonic. Below 4 K, the temperature dependence shows a plateau which is due to the fact that both the heat capacity and the thermal conductivity have the cubic temperature dependence in this temperature range. For the cryocrystals of the nitrogen group, a similar plateau is shifted to lower temperatures. The temperature dependence of the equalization time for these crystals is studied.; Досліджено низькотемпературну температуропровідність молекулярних кріокристалів (O₂, N₂, CO, N₂O і CO₂). Температуропровідність цих кристалів змінюється більш ніж на 4–6 порядків в області температур від 1 К до їх потрійних точок. В області фазових перетворень спостерігаються стрибки температуропровідності. Виявлено, що температуропровідність твердого кисню є немонотонною. Нижче 4 К на температурній залежності спостерігається плато, яке обумовлено тим, що як теплоємність, так і теплопровідність в цьому температурному діапазоні мають кубічну температурну залежність. Для кріокристалів азотної групи подібне плато зміщується в бік більш низьких температур. Вивчено температурну залежність часів вирівнювання температури для цих кристалів.; Исследована низкотемпературная температуропроводность молекулярных криокристаллов (O₂, N₂, CO, N₂O и CO₂). Температуропроводность этих кристаллов изменяется более чем на 4–6 порядков в области температур от 1 К до их тройных точек. В области фазовых переходов наблюдаются скачки температуропроводности. Обнаружено, что температуропроводность твердого кислорода является немонотонной. Ниже 4 К на температурной зависимости наблюдается плато, обусловленное тем, что как теплоемкость, так и теплопроводность в этом температурном диапазоне имеют кубическую температурную зависимость. Для криокристаллов азотной группы подобное плато смещается в сторону более низких температур. Изучена температурная зависимость времен выравнивания температуры для этих кристаллов. 2019-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/176080 Microwave spectroscopy of superfluid He II Chishko, K.A.; Rybalko, A.S. Experimentally observed with dielectric disc resonator technique the resonant microwave absorptionamplification in superfluid He II below λ-point has been interpreted theoretically as a phenomenon in electrically active dielectric medium with low-energy excitations which exist near the ground state of the He–He interatomic bond due to fine structure of spin subsystem in condensed helium phase. The experimentally registered microwave resonant absorption line with fres = 180.3 GHz at T = 1.4 K and fres = 150.0 GHz at T = 2.1 K is closely related to the standard value of roton gap ∆/kB = 8.64 K (179.36 GHz). The measured temperature dependence of the resonant absorption demonstrates an excellent agreement with the corresponding neutron diffraction data for ∆(T) known from different literature sources. From the common point of view the obtained resonant absorption provides a typical example of the microwave spectroscopy which occurs widely among molecular systems with rotational and vibrational degrees of freedom, but for the first time discovered on as simple atomic matter as a superfluid helium. We explain the phenomenon as an effect of spin-phonon interaction within superfluid He II phase, and our theoretical estimation gives an upper limit ~ 250 GHz for the microwave resonant response of the system at T = 0. We interpret the dielectric 4 He superfluid as an electrically active working substance for low temperature MASER, and clarify the atomic mechanism of microwave absorption– amplification in the condensed helium phases.; Резонансні поглинання–підсилення електромагнітної енергії НВЧ діапазону у надплинному He II при температурах нижчих λ -точки, що спостерігаються за допомогою техніки діелектричного дискового резонатора, інтерпретовано теоретично як ефекти у електрично активному діелектричному середовищі, яке вміщує низькоенергетичні збудження, що існують поблизу основного стану міжатомного зв’язку He–He завдяки тонкій структурі спінової підсистеми у конденсованих фазах гелію. НВЧ лінії резонансного поглинання fres = 180,3 ГГц при T = 1,4 К та fres = 150 ГГц при T = 2,1 К, які експериментально спостерігаються, однозначно корельовані зі стандартним значенням величини ротонної щілини ∆/ = 8,64 kB К (179,36 ГГц). Виміряна температурна залежність резонансного поглинання добре узгоджується з різними літературними даними по ∆( ) T . Згідно з загальноприйнятими уявленнями резонансне поглинання, яке спостерігається у НВЧ діапазоні, є ефектом, типовим для молекулярних систем з обертальними та коливальними ступінями свободи, однак про це явище вперше повідомлюється для такого простого атомарного середовища як надплинний гелій. Ми пояснюємо це явище як ефект спін-фононної взаємодії у надплинній фазі He II. Наша теоретична оцінка дає верхню границю ~ 250 ГГц щодо НВЧ резонансного відгуку системи при T = 0. Ми інтерпретуємо надплинний діелектрик 4 He як електрично активне робоче середовище для низькотемпературного MASERа та пояснюємо атомарний механізм НВЧ поглинання–підсилення у конденсованих фазах гелію.; Резонансные поглощения–усиления электромагнитной энергии СВЧ диапазона в сверхтекучем He II при температурах ниже λ -точки, наблюдаемые с помощью техники диэлектрического дискового резонатора, интерпретированы теоретически как эффекты в электрически активной диэлектрической среде, содержащей низкоэнергетические возбуждения, существующие вблизи основного состояния межатомной связи He–He благодаря тонкой структуре спиновой подсистемы в конденсированных фазах гелия. Экспериментально регистрируемые СВЧ линии резонансного поглощения fres = 180,3 ГГц при T = 1,4 К и fres = 150 ГГц при T = 2,1 К однозначно коррелированны со стандартным значением величины ротонной щели ∆/ = 8,64 kB К (179,36 ГГц). Измеренная температурная зависимость резонансного поглощения демонстрирует прекрасное согласие с литературными данными по ∆( ) T . Согласно общепринятым представлениям, наблюдаемое резонансное поглощение в диапазоне СВЧ является эффектом, типичным для молекулярных систем с вращательными и колебательными степенями свободы, однако об этом явлении впервые сообщается для простой атомарной среды — сверхтекучего гелия. Мы объясняем это явление как эффект спин-фононного взаимодействия в сверхтекучей фазе He II. Наша теоретическая оценка дает верхнюю границу ~ 250 ГГц для СВЧ резонансного отклика системы при T = 0. Мы интерпретируем сверхтекучий диэлектрик 4 He как электрически активную рабочую среду для низкотемпературного MASERа и объясняем атомарный механизм СВЧ поглощения–усиления в конденсированных фазах гелия. 2019-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/176077 Residual entropy in the zero-temperature limit of toluene glass Moratalla, M.; Bejarano, P.; Castilla, J.M.; Ramos, M.A. The specific heat Cp of toluene, doped with 2 mol% ethanol to avoid rapid crystallization, has been measured in both glass and crystal states, and with special accuracy at low temperatures in the range 1.8−20 K using the thermal relaxation method. By making use of the complementary Cp curves measured in the reference crystal state, we have been able to obtain the entropy curve of the glass and eventually the residual entropy of toluene glass in the zero-temperature limit, that is found to be 5.1 J/(K⋅mol). This value is clearly lower than others previously reported in the literature, which lack the knowledge of the particular specific-heat behavior of glasses at low temperatures and hence overestimated the glass residual entropy at zero temperature. In addition, we have studied in detail such low-temperature “glassy anomalies” in the case of toluene, extending and improving previous measurements. The surprising depletion previously reported of tunneling two-level systems in toluene glass has been confirmed, though this fact coexists with the presence of a broad peak typical of glasses (the socalled boson peak) in Cp/T³ at 4.5 K. For the toluene crystal, the expected cubic Debye behavior has been found at lower temperatures.; З особливою точністю методом термічної релаксації в температурному інтервалі 1,8−20 К досліджено питому теплоємність Cp толуолу, допованого етанолом (2 моль% для запобігання швидкої кристалізації) як в скляному, так і в кристалічому станах. З використанням додаткових кривих Cp, які виміряно для еталонного кристалічного стану, отримано ентропійну криву та в наближенні нульової температури оцінено залишкову ентропію толуолу в скляному стані, яка склала 5,1 Дж/(К·мол). Це значення істотно нижче, ніж наявні в літературі, в якій не міститься інформація про питому теплоємність стекол при низьких температурах, що призводить до переоцінки залишкової ентропії скла при нульовій температурі. Крім того, ми детально вивчили низькотемпературні «скляні аномалії» толуолу, розширюючи та покращуючи попередні вимірювання. Підтверджено існування раніше виявленої інверсної області, що обумовлена тунельними дворівневими системами в скляному стані толуолу, хоча ця аномалія співіснує з широким піком, типовим для стекол (так званий бозонний пік), в Cp /T³ при 4,5 К. Для кристалічного толуолу очікувану кубічну дебаєвську поведінку теплоємності виявлено при більш низьких температурах.; С особой точностью методом термической релаксации в температурном интервале 1,8−20 К исследована удельная теплоемкость Cp толуола, допированного этанолом (2 моль% для исключения быстрой кристаллизации) как в стекольном, так и в кристаллическом состояниях. Используя дополнительные кривые Cp, измеренные для эталонного кристаллического состояния, получена энтропийная кривая и в пределе нулевой температуры оценена остаточная энтропия толуола в стекольном состоянии, которая составила 5,1 Дж/(К·мол). Это значение существенно ниже, чем имеющиеся в литературе, не содержащей информации об удельной теплоемкости стекол при низких температурах, что приводит к переоценке остаточной энтропии стекла при нулевой температуре. Кроме того, мы подробно изучили низкотемпературные «стекольные аномалии» толуола, расширяя и улучшая предыдущие исследования. Подтверждено существование ранее обнаруженной инверсной области, обусловленной туннельными двухуровневыми системами в стекольном состоянии толуола, хотя эта аномалия сосуществует с широким пиком, типичным для стекол (так называемый бозонный пик), в Cp /T³ при 4,5 К. Для кристаллического толуола ожидаемое кубическое дебаевское поведение теплоемкости обнаружено при более низких температурах. 2019-01-01T00:00:00Z