Ориентационное упорядочение в твердых водородах c J = 1 при наличии кристаллического поля

Abstract

Исследована система квантовых линейных ротаторов с квантовым вращательным числом J = 1, находящихся в кристаллическом поле. Получено уравнение для ориентационного параметра порядка, найдены критические параметры, кривая фазового расслоения, а также линии точек перегрева и переохлаждения. Показано, что с термодинамической точки зрения поведение системы линейных ротаторов в классическом и рассмотренном в работе предельно квантовом (J = 1) случаях одинаково. В области положительных значений кристаллического поля имеется также аналогия между ориентационными фазовыми переходами в системе ротаторов с J = 1 и фазовыми превращениями в системе жидкость-пар. Показано, что учет состояний с J > 1 приводит к радикальному изменению характера фазовых переходов в системе ротаторов: вместо единственной критической точки, характерной для системы с J = 1, появляется линия критических точек.

A system of quantum linear rotators with quantum rotational angular momentum J=1 in a crystal field is investigated. An equation is derived for the orientational order parameter. The critical parameters, the phase-separation curve, and the line of superheating and supercooling points are found. It is shown that the thermodynamic behavior of a system of linear rotators in the classical case is identical to that of the limiting quantum (J=1) cases studied in this work. For positive crystal fields there is an analogy between orientational phase transitions in a system of rotators with J=1 and phase transformations in a liquid–vapor system. It is shown that states with J>1 radically change the character the phase transitions in the system of rotators: instead of one critical point characteristic for a system of J=1, now there is a line of critical points.

Дослiджено систему квантових лiнiйних ротаторiв з квантовим обертальним числом J = 1, що знаходиться у кристалiчному полi. Отримано рiвняння для орiєнтацiйного параметру порядка, знайдено критичнi параметри, крива фазового розшарування, а також лiнiї точок перегрiву та переохолодження. Показано, що з термодинамiчної точки зору поведiнка системи лiнiйних ротаторiв у класичному i розглянутому в роботi гранично квантовому (J = 1) випадках однакова. В областi позитивних значень кристалiчного поля має мiсце також аналогiя мiж орiєнтацiйними фазовими переходами в системi ротаторiв з J = 1 та фазовими перетвореннями в системi рідина пар. Показано, що урахування станiв з J > 1 призводить до радикальної змiни характера фазових переходiв в системi ротаторiв: замiсть єдиної критичної точки, характерної для системи з J = 1, з являється лiнiя критичних точок.