Изотопические эффекты в теплоемкости твердых концентрированных ориентационно-разупорядоченных растворов метана и дейтерометана в криптоне

Abstract

Исследована теплоемкость ориентационно-разупорядоченных твердых растворов (СН₄)nКr₁–n (n = 75 и 78 мол. % СН₄, в интервале температур Т = 0,8–20 К) и (СD₄)nКr₁–n (n = 50, 60 и 70 мол. % СD₄, Т = 0,6–30 К). При гелиевых температурах температурные зависимости молярных теплоемкостей вращательных подсистем растворов качественно и количественно сильно отличаются. Одна из главных причин эффекта заключается в том, что в исследованных концентрированных растворах молекулы CD₄ находятся в существенно более сильном молекулярном поле, чем молекулы CН₄. Это вызвано тем, что в низкоэнергетических состояниях эффективный октупольный электрический момент молекул СD₄, определяющий молекулярное поле, больше эффективного октупольного момента более квантовых молекул CH₄. Слабые концентрационные зависимости теплоемкости изученных растворов обусловлены влиянием фрустрации, приводящей к ослаблению в узлах решетки молекулярных полей, создаваемых окружающими молекулами. Свидетельств образования ориентационных октупольных стекол в исследованных системах не обнаружено.

Досліджено теплоємність орієнтаційно-розупорядкованих твердих розчинів (СН₄)nКr₁–n (n = 75 та 78 мол. % СН₄, в інтервалі температур ΔТ = 0,8–20 К) та (СD₄)nКr₁–n (n = 50, 60 та 70 мол. % СD₄, ΔТ = 0,6–30 К). При гелієвих температурах температурні залежності молярних теплоємностей обертальних підсистем розчинів якісно й кількісно сильно відрізняються. Одна з головних причин ефекту складається в тім, що в досліджених концентрованих розчинах молекули CD₄ перебувають в істотно більш сильному молекулярному полі, ніж молекули CН₄. Це викликано тим, що в низькоенергетичних станах ефективний октупольний електричний момент молекул СD₄, що визначає молекулярне поле, більше ніж ефективний октупольний момент більш квантових молекул CH₄. Слабкі концентраційні залежності теплоємності вивчених розчинів обумовлені впливом фрустрації, що приводить до ослаблення у вузлах гратки молекулярних полів, створюваних навколишніми молекулами. Свідчень про утворення орієнтаційних октупольних стекол у досліджених системах не виявлено.

The heat capacity of the orientationally-disordered solid solutions (СН₄)nКr₁–n (n = 75 and 78 mol. % СН₄) and (СD₄)nКr₁–n (n = 50, 60 and 70 mol. % СD₄) has been investigated in the intervals ΔТ = 0.8–20 К and ΔТ = 0.6–30 К, respectively. The temperature dependences of the molar heat capacities of rotational subsystems of the solutions exhibit considerable qualitative and quantitative distinctions at helium temperatures. One of the important reason for the effect is that the CD₄ molecules of the investigated concentrated solutions are in a significantly stronger molecular field than the CH₄ molecules. This is due to a higher effective octupole electric moment of the CD₄ molecules in the ground states and a smaller amplitude of their zero orientational vibrations in the solid phase. The weak concentration dependencies of the heat capacity of these solutions are due to the frustration weakening the molecular fields at the lattice sites that are excited by the surrounding molecules. No evidence has been detected in favor of the formation of orientational octupole glasses in the systems studied.