Фазовi переходи в квантових i магнiтних молекулярних крiокристалах
Система фазових переходів у квантових ротаторах. Вивчення магнітних i квантових молекулярних кріокристалів. Оцінка термодинамічних реакцій твердого водню під високими тисками. Орієнтаційне плавлення магнітних i квантових молекулярних кріокристалів.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 31.01.2014 |
| Размер файла | 101,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Характер температурних залежностей параметрiв орiєнтацiйного i магнiтного порядку визначається величиною параметра z = J /U, що вказує на вiдносну iнтенсивнiсть магнiтної й орiєнтацiйнї взаємодiй. Величина цього параметра визначає взаємне положення характерних температур Tl0 (температура переходу в орiєнтацiйно упорядкований стан при = 0) i Tm0 (температура Неєля при = 0).
При малих z у системi виникає така картина фазових переходiв: при досить високiй температурi система знаходиться в орiєнтацiйно i магнiтно розупорядкованому станi; iз зниженням температури в деякiй точцi Tl0 вiдбувається ФП I роду - у системi виникає орiєнтацiйний порядок; при температурi Tml < Tl0 вiдбувається орiєнтацiйно-магнiтний ФП II роду в магнiтовпорядкований стан, що одночасно є переходом порядок-порядок-порядок для орiєнтацiйної пiдсистеми.
При збiльшеннi параметра z картина переходiв рiзко змiнюється: с зниженням температури спочатку в точцi Tml вiдбувається перехiд другого роду в магнiтно упорядкований стан, який зберiгається аж до температури T1 - точки, де зрiвнюються вiльнi енергiї фаз з 0, = 0 i фази з 0, = 0. У цiєї точцi вiдбувається ФП I роду в орiєнтацiйно-упорядкований стан, який супроводжується зникненням магнiтного упорядкування. При подальшому зниженнi температури в точцi Tml вiдбувається орiєнтацiйно-магнiтный ФП II роду. При даному спiввiдношеннi параметрiв магнiтний ФП виявляється зворотним.
При подальшому збiльшеннi z перехiд у точцi Tml стає ФП I роду, область iснування фази з 0, = 0 звужується, i при великих значеннях z ця фаза зникає.
Таким чином, у системi магнiтних ротаторiв процеси орiєнтацiйного i магнiтного упорядкування тiсно зв'язанi мiж собою, що приводить до складної картини орiєнтацiйно-магнiтных фазових переходiв.
У пiдроздiлi 5.3 розглянутий ще один нефононний механiзм впливу орiєнтацiйних ступенiв свободи молекул на термодинамiчнi властивостi кристала, а також на стiйкiсть кристалiчних грат. У цьому роздiлi дослiджена можливiсть втрати стiйкостi грати твердого метану, пов'язаної з негативним тепловим розширенням. Внаслiдок тунелювання мiж еквiвалентними орiєнтацiйними рiвнями 16-кратно вироджений основний стан виявляється розщепленим на п'яти-, дев'яти-, i двократно виродженi рiвнi симетрiї A, T i E вiдповiдно. Наявнiсть низьколежачих тунельних станiв обумовлює незвичайний характер термодинамiчних властивостей метану в низькотемпературнiй областi, найбiльш яскравим проявом якого є негативне теплове розширення в областi T < 9 K [61]. У дисертацiї запропоноване таке пояснення цього явища. Змiна об'єму кристала зi змiною температури в областi температур, де звичайний, фононний, механiзм ще не працює, визначається конкуренцiєю двох факторiв. Внесок у вiльну енергiю, обумовлений заселенням тунельних станiв упорядкованих пiдгратiв при пiдвищеннi температури, сприяє стиску грат. При цьому висота бар'єру, що роздiляє еквiвалентнi орiєнтацiйнi мiнiмуми, збiльшується, величина тунельного розщеплення зменшується й у результатi вiльна енергiя знижується. Однак при цьому зростає програш у пружнiй енергiї, що i стабiлiзує об'єм кристалу при данiй температурi. Зiставлення розрахованого теоретично коефiцiєнта лiнiйного теплового розширення з експериментальними результатами Александровського й iн. [61]. Видно, що ефект є надзвичайно сильним: в областi мiнiмуму (Т 0.7 K) розрахункове значення || 10-3 K-1. Вiдносний стиск грат в областi iснування аномалiї |V|/V ~ 0.2 %. Настiльки сильна аномалiя означає тенденцiю до втрати стiйкостi, хоча, як показує аналiз, умова втрати стiйкостi p/V = 0 не реалiзується.
Висновки
Отриманi в дисертацiйнiй роботi теоретичнi результати дозволили вирiшити ряд принципових проблем фiзики квантових i магнiтних молекулярних кристалiв, до яких насамперед вiдносяться твердий водень i твердий кисень. Вони є об'єктом iнтенсивного експериментального i теоретичного вивчення в багатьох лабораторiях свiту, i результати дисертацiйної роботи дозволили пояснити i дати теоретичний опис до цього часу незрозумiлих експериментальних фактiв i передрiкти новi явища й ефекти. До найбiльш важливих результатiв вiдносяться такi:
- теоретично виявлене i дослiджене нове фiзичне явище - квантове орiєнтацiйне плавлення;
- виявлений сильний вплив кристалiчного поля на орiєнтацiйний фазовий перехiд у системi ротаторiв i, зокрема, показано, що лiнiя фазового переходу може починатися i закiнчуватися в критичних точках.
- дослiджений орiєнтацiйний фазовий перехiд у твердих iзотопах водню пiд тиском на основi квантового орiєнтацiйного плавлення;
- виявлений зворотний характер орiєнтацiйного переходу у твердому HD пiд тиском.
- побудована теорiя - -переходу у твердому киснi.
- показано, що твердий кисень є низьковимiрним магнетиком, причому в -фазi реалiзується квазiдвовимiрна колiнеарна антиферомагнiтна структура; у -фазi - квазiдвовимiрна трипiдграткова магнiтна структура, яка iснує у виглядi близького порядку. При - -переходi вiдбувається трансформацiя магнiтної пiдсистеми кристала вiд квазiдвовимiрної до квазiодновимiрної ланцюжкової структури, яка у виглядi близького порядку зберiгається й у рiдкому киснi.
- побудована теорiя орiєнтацiйно-магнiтних фазових переходiв у системi магнiтних ротаторiв.
- теоретично дослiдженi аномалiї термодинамiчних i магнiтних властивостей крiокристалiв, що мiстять домiшку кисню.
- запропонований механiзм негативного теплового розширення твердого метану, пов'язаний з тунельними орiєнтацiйными станами.
- побудована послiдовна картина магнiтних i термодинамiчних властивостей твердого кисню, а також крiокристалiв з домiшкою кисню.
Список опублiкованих робiт по темi дисертацiї
Криокристаллы // Под ред. Б.И.Веркина, А.Ф.Прихотько.-Киев: Наукова Думка, 1983.- 526 с.
Physics of Cryocrystals // Eds. V.G.Manzhelii, Yu.A.Freiman.-NY: AIP Press, 1997.- 691 p.
Фрейман Ю.А. Молекулярные криокристаллы под давлением. // ФНТ.- 16,.N 8.- C. 955-1004 (1990).
Манжелий В.Г., Фрейман Ю.А. Тепловые и магнитные свойства твердых растворов азот-кислород. // Физика молекулярных кристаллов.-Киев: Наукова Думка, 1986.- С. 206-223.
БураховичИ.А., Крупский И.Н., Прохватилов А.И., Фрейман Ю.А., Эренбург А.И. Спектр элементарных возбуждений и фазовые переходы твердого кислорода. // Письма в ЖЭТФ.- 25, N 1.- C. 37-40 (1977).
Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А., Янкелевич Р.П. Магнитные свойства твердого кислорода. // Письма в ЖЭТФ.- 30, N 5.- C. 292-296 (1979),
Крупский И.Н., Прохватилов А.И., Фрейман Ю.А., Эренбург А.И. Структура, спектр элементарных возбуждений и термодинамические свойства твердого кислорода. // ФНТ.- 5, N 3.- C. 271-294 (1979),
Бродянский А.П., Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А.. Термодинамика либрационного движения молекул в b-O2. // ФНТ.- 6, N 4.- C. 533-536 (1980).
Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А., Янкелевич Р.П. К теории магнитных свойств твердого кислорода. // ФНТ.- 6, N 2.- C. 219-229 (1980),
Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А., Янкелевич Р.П.. Магнитная структура твердого кислорода в окрестности точки - -перехода. // ФНТ.- 7, N 4.- C. 536-539 (1981).
Фрейман Ю.А. Природа отрицательного теплового расширения твердого метана // ФНТ.- 1983.- 9, Nо 6.- С. 657 - 661.
Фрейман Ю.А., Ежовски А. К вопросу об аномалии теплового расширения твердого N2 с примесью O2. Учет спин-либрационного взаимодействия // ФНТ. - 1984.- 10, Nо 6.- С. 649 - 652.
Бродянский А.П., Фрейман Ю.А. Структура ближнего порядка и свойства жидкого кислорода // ФНТ.-1985.- 11, N 4.- C. 1212-1215.
Бродянский А.П., Фрейман Ю.А.. Теория - -перехода в твердом кислороде. // ФНТ.- 11, N 4.- C. 426-439 (1985).
Фазовые переходы в системе классических ротаторов / Бродянский А.П., Фрейман Ю.А.; АН УССР, Редколлегия журнала ФНТ. - Харьков, 1985. - 34 с. - Рус.- Деп. в ВИНИТИ СССР 3.10.85, Nо 7022-В85// Анот. в ж. ФНТ, 12, No 1, 1986.
Бродянский А.П., Фрейман Ю.А. -кислород - квазиодномерный магнетик // ФНТ. - 1985.- 11, Nо 12.- С. 1292 - 1296.
Бродянский А.П., Фрейман Ю.А. Фазовые переходы в системе магнитных ротаторов // ФНТ.-1985.- 11, N 9.- C. 994-996.
Островский В.С., Сумароков В.В., Фрейман Ю.А. Влияние обменного взаимодействия примесных молекул О2 на термодинамические свойства криокристаллов // ФНТ.-1986.- 12, N 9.-C. 975-985.
Сумароков В.В., Фрейман Ю.А. Заторможенное вращение двухатомных молекул в ГПУ решетке // ФНТ.-1987.- 13, N 2.-C. 197-201.
Фрейман Ю.А., Сумароков В.В., Манжелий В.Г., Попов В.А. Заторможенное вращение молекул кислорода в твердом аргоне // ФНТ.-1988.- 14.- N 5.- С. 537-540.
Brodyanskii A.P., Freiman Yu. A., Jezowski A. The magnetic properties of g-phase and liquid oxygen // Journ. Phys.: Condens. Matters.-1989.- 3. -P. 999-1004.
Freiman Yu.A., Sumarokov V.V., Brodyanskii A.P., and Jezowski A. Quantum Melting in a system of Rotators. Journ. Phys.: Condens. Matters 3.- P. 3855-3858 (1991).
Бродянский А.П., Сумароков В.В., Фрейман Ю.А., Ежовски А. Квантовое ориентационное плавление. // ФНТ.- 19, N 5.- C.520-525 (1993).
Jezowski A., Stachowiak, P., Sumarokov V.V., Mucha J., Freiman Yu.A. Thermal Conductivity of Solid Oxygen // Phys. Rev. Lett.- 1993.- 71, N 1.- P. 97-100.
Freiman Yu.A., Jezowski A., Litwicki Z., Brodyanski A.P., and Manzhelii E.V. Magnetic susceptibility of molecular cryocrystals doped with oxygen impurity // Czech. J. Phys.-1996.- 46.- Suppl. S4.- P. 2101-2102.
Freiman Yu.A., Tretyak S.M., Jezowski A., and Hemley R. J. Broken Symmetry Phase Transition in Solid HD: a Manifistation of Quantum Orientational Melting. // ФНТ.- 24, N 7.- P.683-688 (1998).
Freiman Yu.A., Tretyak S.M., and Jezowski A. On Theory of the Phase Transitions in Solid Hydrogen under Pressure: Reentrant Behavior and Critical Points. Journ. // Low Temp. Phys.- 111, N 3/4.- P.475-483 (1998).
Freiman Yu.A., Tretyak S.M., and Jezowski A. Reentrant Orientational Phase Transitions and Critical points at Quantum Orientational Melting.// Journ. Low Temp. Phys.- 110, N 1/2.- P. 147-152 (1998).
Freiman Yu.A., Tretyak S.M., Jezowski A., and Hemley R.J. Broken Symmetry Phase Transition in Solid HD: Quantum Behavior at Very High Pressures. Journ.// Low Temp. Phys.- 113, N 5/6.- P.723-728 (1998).
Freiman Yu.A., Hemley R.J., Jezowski A., and Tretyak S.M.. Broken Symmetry Phase Transition in Solid p-H2, o-D2, and HD: Crystal Field Effects.// Physica B.- 265.- P.12-15 (1999).
ЦИТОВАНА ЛIТЕРАТУРА
van Kranendonk J. Solid Hydrogen.//- NY.: Plenum Press, 1983.-306 p.
Hemley R.J., Mao H.K. //Reviews of Modern Physics.- 1994.- 66,N 2.- P. 671-692.
Moshary F, Chen N.H., Silvera I.F. Remarkable High Pressure Phase Line of Orientational Order in Solid Hydrogen Deuteride // Phys. Rev. Lett.-1993.- 71, N 23.- P. 3814-3817.
Marx D., Nielaba P. Quantum "melting" of orientationally ordered physisorbates//J. Chem. Phys.- 1995.- 102, N 71.- P. 4538-4547.
Hetenyi B., Mьser M.H., Berne B.J. Second-order reentrant Phase Transition in the Quantum Anisotropic Planar Rotor Model // Phys. Rev. Lett.-1999.- 83, N 22.- P. 4606-4609.
Stephens P.W., Birgeneau R.J., Majkrzak C.F., Shirane G. Magnetic Structure and Dynamics in a- and b-Phase Solid Oxygen // Phys. Rev.- 1983.- B 28, N 1.- P. 452-454.
Dunstetter F., Plakhti V.P., Schweizer J. The Magnetic Structure of b Oxygen: a Neutron Polarization Analysis Study // J. Magnet. and Magnet. Mater.- 1988.- 72, N 2.- P. 258-266.
Uyeda C., Sugiyama K., Date M. High Fields Magnetization of Solid Oxygen // J. Phys. Soc. Jap.- 1985.- 54, N 3.- P. 1107-1115.
van Hemert M.C., Wormer P.E.S., van der Avoird A. Ab initio calculation of the Heisenberg exchange interaction between O2 molecules.// Phys. Rev. Lett.-1983.- 51, N 13.- P. 1167-1170.
Wormer P.E.S., van der Avoird A. Heisenberg exchange and electrostatic interaction between O2 molecules: an ab initio study // J. Chem. Phys. - 1984. - 81, N 4. - P. 1929 - 1939.
Dunstetter F., Plakhti V.P., Schweizer J. Magnetic cortrelations in g oxygen: a neutron polarization Study // J. Magnet. and Magnet. Mater.- 1991.- 96, N 2.- P. 282-290.
Manzhelii V.G., Strzhemechny M.A. Quantum Molecular Crystals // Physics of Cryocrystals / Eds. V.G.Manzhelii, Yu.A.Freiman.-NY: AIP Press, 1997.- P. 3 - 211.
Silvera F. Goldman V.V. The isotropic intermolecular potemtial for H2 and D2 in the solid and gas phases // J. Chem. Phys. - 1978. - 69, N 9. - P. 4209-4213.
Гинзбург В.Л. Важнейшие проблемы физики и астрофизики. - М: Мир, 1978, С. 160.
Raich J.C., Etters R.D.//Journ. Low Temp. Phys.-1972.- 6,- P. 229
Silvera I.F., Wijngaarden R.J. Observation of the broken rotational symmetry phase transition in ortho deuterium at ultra high pressure //Phys. Rev. Lett. - 1981.- 47, N 1.- P. 39-42.
Lorenzana H E., Silvera I.F., Goettel K.A.Orientational phase transitions in hydrogen at megabar pressures // Phys. Rev. Lett. - 1990.- 64, - p. 1939-1942.
Aviram I., Goshen S., Thieberger R. A. Monte-carlo study of the rotation -libration transition in solid H2 under pressure //Journ. Low Temp. Phys.-1980.- 38, N 3/4. - P. 371 - 380.
Lagendijk a., Silvera I.F.// Phys. Lett. - 1981.- 84 A, N 1.- 28-31.
Igarashi J. An anharmonic theory of the rotational excitation in solid orthodeuterium under high pressure // Journ. Phys. Soc. Jap.-1984.- 53, N 8. - P. 2629 - 2639.
Sprik M, Klein M.L. Orientational ordering in solid parahydrogen and orthodeuterium // J. Chem. Phys.-1984.- 81, N 12. - P. 6207 - 6213.
Janssen W., van der Avoird A. Dynamics and phase transitions in solid ortho and para hydrogen and deuterium from an ab initio potential // Phys. Rev.-1990.- B 42, N 1. - P. 838 - 848.
Igarashi J. A theory of crystal distortion under high pressure in solid hydrogen // Journ. Phys. Soc. Jap.-1990.- 59, N 6. - P. 2811 -.
Ишмаев С.Н., Садиков И.П., Чернышев А.А., Виндряевский Б.А. и др.// ЖЭТФ.- 1983.- 57, N 1.- С.
Loubeyre P., Letoullec R., Hausermann D., Hanfland M., Hemley R.J., Mao H.K., Finger L.W. X-ray diffraction and equation of state of hydrogen at megabar pressures // Nature.-1996.- 383, N 3,- P. 702-704.
Strzhemechny M.A. Solid HD: anisotropic potential and structure // Low Temp. Phys. - 1996. - 22, N 2. - P. 92-95.
Ежовски А., Фрейман Ю.А., Толкачев А.М., Азаренков В.П., Манжелий В.Г., Кособуцкая Е.А. Низкотемпературная аномалия теплового расширения твердого N2 с примесью O2 // ФНТ.-1980.- 6, N 11.- С. 1484-1488.
Сумароков В.В., Фрейман Ю.А. Манжелий В.Г., Попов В.А. Аномалия теплоемкости твердого азота, содержащего примесь кислорода // ФНТ.-1980.-6, N 9.-С. 1195-1205.
Локтев В.М. О возможной магнитной структуре -кислорода // ФНТ. - 1979. - 5, No 3. - С. 295-298.
Гайдидей Ю.Б., Локтев В.М. К теории --перехода в твердом кислороде // ФНТ. - 1981. - 7, N 10. - C. 1305 - 1314.
Aleksandrovski A.N., Kuchnev V.I., Manzhelii V.G., and Tolkachev A.M. Studies on the low temperature anomaly in the thermal expansion of solid methane // Phys. Status Solidi (b). - 1976. - 73, P. K111 - K114.
Аннотація
Фрейман Ю.О. Фазовi переходи в квантових i магнiтних молекулярних крiокристалах. - Рукопис. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiзико-математичних наук за спецiальнiстю 01.04.02. - теоретична фiзика. - Фiзико-технiчний iнститут низьких температур iм. Б. I. Вєркiна НАН України, Харкiв, 2000.
Дисертацiя присвячена теоретичному вивченню квантових i магнiтних молекулярних крiокристалiв. Головними об'єктами вивчення є твердий водень пiд високими тисками, твердий кисень та молекулярнi крiокристали з домiшками кисню. Найбiльша увага придiлена термодинамiчним та магнiтним властивостям, а також фазовим перетворенням. Показано, що система квантових ротаторiв поряд з добре вивченим класичним орiєнтацiйним плавленням може демонструвати нове фiзичне явище - квантове орiєнтацiйне плавлення. Показано, що перехiд у фазу з порушеною симетрiєю у твердих воднях пiд високим тиском є типовим прикладом цього явища. Передвiщено, що таке перетворення у твердому HD має зворотний характер.
Доведено, що твердий кисень є квазiдвовимiрним магнетиком, i на цiй основi побудована послiдовна теорiя його магнiтних та термодинамiчних властивостей. Вивченi фазовi перетворення у молекулярних магнетиках i показано, що у таких системах може iснувати новий тип перетворень, а саме, орiєнтацiйно-магнiтнi переходи. Вивченi аномалiї термодинамiчних та магнiтних властивостей крiокристалiв з домiшками кисню.
Запропонований новий механiзм негативного теплового розширення, який базується на орiєнтацiйному тунелюваннi i дозволяє роз'яснити явища, що спостерiгаються експериментально у твердому метанi.
Ключовi слова: фазовi переходи, орiєнтацiйне упорядкування i розупорядкування, квантове орiєнтацiйне плавлення, криiкристали, квантовi i класичнi ротатори, твердий водень, параводень, ортодейтерiй, твердий i рiдкий кисень, кристалiчне поле, критична точка.
Аннотация
Фрейман Ю.А. Фазовые переходы в квантовых и магнитных молекулярных криокристаллах. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.02. - теоретическая физика. - Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины, Харьков, 2000.
Диссертация посвящена теоретическому изучению особенностей термодинамических свойств и фазовых переходов в системе квантовых молекулярных криокристаллах, а также магнитных молекулярных криокристаллах. Основными объектами исследований, проведенных в диссертации, являются твердый водород в области высоких давлений, твердый кислород и растворы кислорода в молекулярных и атомарных криокристаллах.
В исследованиях фазовых переходов в системе квантовых ротаторов обнаружено новое физическое явление, получившее название квантовое ориентационное плавление. Суть явления заключается в том, что система квантовых ротаторов наряду с классическим ориентационным плавлением - высокотемпературным фазовым переходом в ориентационно разупорядоченное состояние может обнаруживать квантовые ориентационные фазовые переходы. В диссертации исследованы особенности этого явления и изучены возможности его экспериментального наблюдения. Показано, что фазовая диаграмма системы ротаторов, обладающих из-за симметрии только четными вращательными уровнями подобна P-T диаграмме 4He; в то же время фазовая диаграмма системы квантовых ротаторов, обладающих как четными, так и нечетными вращательными уровнями, подобна P-T диаграмме 3He, то-есть на линии ориентационных фазовых переходов имеется минимум. Наличие минимума означает, что в определенной области параметров поведение системы носит так называемый возвратный характер: с ростом температуры система переходит из разупорядоченного в упорядоченное состояние, а при дальнейшем росте температуры возвращается в разупорядоченное состояние. Таким образом, с ростом температуры система претерпевает два фазовых перехода: низкотемпературный переход из ориентационно разупорядоченного состояния в упорядоченное, который имеет квантовую природу, а также высокотемпературный переход из упорядоченной фазы в разупорядоченную, имеющий классическую природу. Показано, что система ротаторов, как и в случае 3He, проявляет аномалии энтропии и теплового расширения. При температурах ниже точки минимума на кривой равновесия фаз в системе должен наблюдаться эффект Померанчука: при адиабатическом сжатии система будет поглощать тепло.
Именно по аналогии с квантовым плавлением 3He и 4He это явление и было названо квантовым ориентационным плавлением.
Исследование влияния кристаллического поля в условиях квантового ориентационного плавления показало, что даже очень малые кристаллические поля могут существенно изменить поведение системы: в случае положительного кристаллического поля при определенной величине поля на "классической" ветви линии раздела фаз появляется критическая точка; при дальнейшем возрастании поля на "квантовой" ветви линии раздела фаз появляется вторая критическая точка и линия раздела фаз превращается в сегмент, начинающийся в одной и заканчивающийся во второй критической точке. При дальнейшем росте кристаллического поля эти две критические точки вырождаются в мультикритическую точку, а при еще более высоких значениях кристаллического поля фазовые переходы в системе отсутствуют.
Показано, что фазовый переход из ориентационно разупорядоченного в упорядоченное состояние, наблюдаемый в параводороде, ортодейтерии и HD при высоких давлениях, (так называемый BSP - переход или переход с ломкой симметрии) является типичным примером квантового ориентационного плавления. Теоретически предсказано, что в случае HD линия фазового перехода имеет немонотонный характер, то-есть фазовый переход является возвратным. Эксперимент подтвердил это предсказание теории. Показано, что необычное поведение линии фазового перехода в твердом HD есть следствие симметрийных свойств системы, а именно, того факта, что в HD, в отличие от H2 и D2 разрешены все вращательные состояния и переходы между ними. Впервые исследовано влияние кристаллического поля на BSP-переход в параводороде, ортодейтерии и HD.
Впервые в наиболее общем виде исследована система классических ротаторов с потенциалом квазиквадрупольного типа. В приближении ССП построена термодинамика системы при произвольном соотношении между молекулярным и кристаллическим полями. Сопоставление классических и квантовых систем позволило однозначно проанализировать роль квантовых эффектов.
Впервые исследовано поведение систем квантовых и классических ротаторов в критической области и проведено сопоставление с поведением системы вблизи классической критической точки жидкость-пар.
Впервые показано, что твердый кислород является низкоразмерным магнетиком и на этой основе создана последовательная теория его магнитных свойств. Развита теория - перехода в твердов кислороде. Высказано предположение о характере ближнего порядка в жидком кислороде и на этой основе предложено объяснение аномальных свойств кислорода в тройной точке. Впервые исследованы фазовые переходы в системе молекулярных магнетиков и показано, что в таких системах может реализоваться новый тип переходов: ориентационно- магнитные фазовые переходы. Предсказаны и теоретически исследованы аномалии термодинамических и магнитных свойств криокристаллов, содержащих примесь кислорода.
Предложен новый механизм отрицательного теплового расширения - ориентационное туннелирование и на основе этого механизма дано объяснение эффекта, экспериментально наблюдаемого в твердом метане.
Ключевые слова: фазовые переходы, ориентационное упорядочение и разупорядочение, квантовое ориентационное плавление, криокристаллы, квантовые и классические ротаторы, твердый водород, параводород, ортодейтерий, твердый и жидкий кислород, кристаллическое поле, критическая точка.
Summary
Freiman Yu. A. Phase transitions in quantum and magnetic molecular crystals. - Manuscript. Thesis for doctor's degree in physical and mathematical sciences by speciality 01.04.02. - theoretical physics. - B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, 2000.
The thesis is devoted to theoretical studies of quantum and magnetic molecular cryocrystals. The main objects studied are solid hydrogens under high pressure, solid oxygen and molecular cryocrystals doped with oxygen. The main properties of interest are thermodynamic and magnetic properties and phase transitions.
It was shown that the system of quantum rotors along with the well-known classical orientational melting can manifest a novel physical phenomenon, called the quantum orientational melting. The Broken Symmetry Phase transition in solid hydrogens under high pressure has shown to be an example of quantum orientational melting. The reentrant behavior was predicted for the phase transition in solid HD. The proof was given that solid oxygen is a quasi-two-dimensional magnet and on this base the consistent theory of its magnetic and thermodynamic properties was developed. Phase transitions in molecular magnets was studied and it was shown that a new type of phase transitions, orientationally-magnetic phase transitions, can exist. Anomalies in thermodynamic and magnetic properties of cryocrystals doped with oxygen imputity were investigated.
The new mechanism of the negative thermal expansion was proposed, the orientational tunneling, and it was used to explain the phenomenon experimentally found in solid methane.
Key words: phase transitions, orientational ordering and disordering, quantum orientational melting, cryocrystals, cllassical and quantum rotors, solid hydrogen, parahydrogen, orthodeutherium, solid and liquid oxygen, crytical points.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Нанорозмірні матеріали як проміжні між атомною та масивною матерією. Енергетичні рівні напівпровідникової квантової точки і їх різноманіття. Літографічний, епітаксіальний та колоїдний метод отримання квантових точок, оптичні властивості та застосування.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.04.2010Передумови створення квантової електроніки. Основні поняття квантової електроніки. Методи створення інверсного заселення рівнів. Характеристика типів квантових генераторів. Параметричні підсилювачі. Основні області застосування квантових генераторів.
курсовая работа [938,5 K], добавлен 24.06.2008Розробка теорії квантових релятивістських ферміонних систем з вихровим дефектом при скінченній температурі. Побудування теорії індукування кутового моменту в релятивістському фермі-газі з магнітним вихровим дефектом, індукування заряду основного стану.
автореферат [18,1 K], добавлен 11.04.2009Спектри поглинання, випромінювання і розсіювання. Характеристики енергетичних рівнів і молекулярних систем. Населеність енергетичних рівнів. Квантування моментів кількості руху і їх проекцій. Форма, положення і інтенсивність смуг в молекулярних спектрах.
реферат [391,6 K], добавлен 19.12.2010Фундаментальні фізичні явища на атомарному рівні стосовно дії квантових та оптико-електронних приладів. Загальний метод Гіббса як логічна послідовна основа статистичної фізичної теорії. Основні принципи статистичної фізики. Елементи теорії флуктуацій.
учебное пособие [1,1 M], добавлен 18.04.2014Визначення поняття спектру електромагнітного випромінювання; його види: радіо- та мікрохвилі, інфрачервоні промені. Лінійчаті, смугасті та безперервні спектри. Структура молекулярних спектрів. Особливості атомно-емісійного та абсорбційного аналізу.
курсовая работа [46,6 K], добавлен 31.10.2014Акумуляція енергії в осередку. Анізотропія електропровідності МР, наведена зовнішнім впливом. Дія електричних і магнітних полів на структурні елементи МР. Дослідження ВАХ МР при різних темпах нагружения осередку. Математична теорія провідності МР.
дипломная работа [252,7 K], добавлен 17.02.2011Характеристика обертального моменту, діючого на контур із струмом в магнітному полі. Принцип суперпозиції магнітних полів. Закон Біо-Савара-Лапласа і закон повного струму та їх використання в розрахунку магнітних полів. Вихровий характер магнітного поля.
лекция [1,7 M], добавлен 24.01.2010Розвиток водневої енергетики. Способи видобутку водню, його зберігання та теплотехнічні характеристики. Термохімічна взаємодія металогідридів з воднем. Застосування автомобільних гідридних акумуляторів водню. Макетний зразок водневого автонавантажувача.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 29.01.2013Фазові перетворення та кристалічна структура металів. Загальний огляд фазових перетворень, стійкість вихідного стану. Фазово-структурні особливості в тонких плівках цирконію, особливості динаміки переходів. Розрахунок критичної товщини фазового переходу.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 14.02.2010
