Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Kwazi-elastyczne rozpraszanie neutronów (QENS) Badanie ruchów molekularnych Jan Krawczyk Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Kwazi-elastyczne rozpraszanie neutronów (QENS) Badanie ruchów molekularnych Jan Krawczyk Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej."— Zapis prezentacji:

1 Kwazi-elastyczne rozpraszanie neutronów (QENS) Badanie ruchów molekularnych Jan Krawczyk Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, Kraków

2 QENS - metoda badawcza pozwalająca uzyskiwać informacje o skali czasowej oraz geometrii szybkich ( ~ ps), stochastycznych ruchów molekuł i grup molekularnych. Badanie zarówno ruchów translacyjnych jak i reorientacyjnych. Metoda komplementarna do relaksacji dielektrycznej, spektroskopii IR i ramanowskiej, NMR, … Model przekrój czynny dopaso- wanie do zmierzonych widm QENS

3 Podwójnie różniczkowy przekrój czynny Prawo rozpraszania (scattering law) Funkcja korelacji G(r, t) opisuje strukturę i dynamikę próbki

4 Rozpraszanie neutronów spójne niespójne (izotopy, spin) (80 1.8 5.6 2 5.5 4.2 11 [barn])

5 Rozpraszanie neutronów Elastyczne Nieelastyczne Spójne Niespójne Spójne elastyczne Spójne nieelastyczne Niespójne elastyczne Niespójne nieelastyczne

6 Dyfrakcja neutronów (neutronografia) rozpraszanie spójne elastyczne INS rozpraszanie nieelastyczne (spójne i niespójne) QENS rozpraszanie niespójne (prawie) elastyczne

7 Dyfrakcja neutronów rozpraszanie spójne elastyczne struktura krystalograficzna INS rozpraszanie nieelastyczne spójne i niespójne krzywe dyspersji, gęstość stanów wzbudzonych (fonony, magnony, …)

8 Dyfrakcja neutronów rozpraszanie spójne elastyczne struktura krystalograficzna INS rozpraszanie nieelastyczne spójne i niespójne krzywe dyspersji, gęstość stanów wzbudzonych (fonony, magnony, …)

9 Dyfrakcja neutronów rozpraszanie spójne elastyczne struktura krystalograficzna INS rozpraszanie nieelastyczne spójne i niespójne krzywe dyspersji, gęstość stanów wzbudzonych (fonony, magnony, …)

10 QENS rozpraszanie niespójne, poszerzone maksimum elastyczne szybkie (~ps) ruchy stochastyczne molekuł i grup molekularnych ruchy translacyjne i rotacyjne (reorientacja)

11 Prawo (funkcja) rozpraszania S(κ, ω): Funkcja korelacji G(r, t) opisuje gęstość prawdopodo- bieństwa znalezienia atomu w chwili t w punkcie r(t), jeśli w chwili t = 0 jakiś atom był w punkcie r(0):

12 Klasyczna funkcja autokorelacji G s (r, t) - gęstość prawdopodobieństwa znalezienia atomu chwili t w punkcie r(t), jeśli ten sam atom w chwili t = 0 był w punkcie r(0): Rozpraszania niespójne:

13 Reorientacja Model jednoosiowych przeskoków o 120º (np. grupa CH 3 ) p 12 (dt) = λ dt p 13 (dt) = p 12 (dt) p 11 (dt) = 1 - (p 12 (dt) + p 13 (dt)) = = 1 - 2λ dt p 21 = p 23 = p 31 = p 32 = p 12 p 22 = p 33 = p 11 Równania Chapmana-Kołmogorowa: 2 3 1 λ

14

15

16

17 Dla próbki polikrystalicznej HWHM funkcji Lorentza

18 Szybka stochastyczna reorientacja molekuł i grup molekularnych Składowa elastyczna I EL i kwazi-elastyczna I QEL Γ ~ 1/ 0

19 Jednoosiowe przeskoki pomiędzy N równoważnymi położeniami Jednoosiowa dyfuzja rotacyjna Izotropowa dyfuzja rotacyjna

20 Dyfuzja translacyjna Równanie dyfuzji (D – współczynnik dyfuzji)

21 Szybkie translacyjne ruchy stochastyczne molekuł i grup molekularnych 0 Tylko składowa kwazi-elastyczna Γ = f(κ)

22 Przykłady zastosowania metody QENS: Heksametylobenzen (HMB) Kompleks HMB-TCNQ Kompleks naftalen-TCNB Ciekły kryształ 5*CB

23 HMB heksametylobenzen J. Krawczyk, J. Mayer, I. Natkaniec, M. Nowina Konopka, A. Pawlukojć, O. Steinsvoll, J.A. Janik, Physica B, 362 (2005) 271.

24 Spektrometr TOF, Kjeller, Norwegia NERA, Dubna, Rosja E o = 4.66 meV 4.65 meV κ = 1.9 Å -1 0.5 - 2.9 Å -1 T = 10 K – 300 K 20 K – 130 K E = 0.12 meV 0.37 meV Należy uwzględnić poprawki na: -rozpraszanie naczyńka pomiarowego, -tło szybkich neutronów, -tło rozpraszania spójnego, -rozpraszanie wielokrotne.

25

26 Funkcja zdolności rozdzielczej Res( ) Res( ) = A · (1 + B·( - 0 )) · exp( -( - 0 ) 2 / 2 ) z dopasowania do widma dla T = 10 K A, B, 0, Dopasowanie splotu S(κ, ) Res( ) do wyników z dopasowania modelu przeskoków o 120º T = 130 K = 10 ps T = 300 K = 0.2 ps

27

28 Prawo Arrheniusa (T) = o · exp (E a /RT) z dopasowania E a = 8 kJ/mol

29 HMB heksametylobenzen J. Krawczyk, J. Mayer, I. Natkaniec, M. Nowina Konopka, A. Pawlukojć, O. Steinsvoll, J.A. Janik, Physica B, 362 (2005) 271.

30

31 Przykłady zastosowania metody QENS: Heksametylobenzen (HMB) Kompleks HMB-TCNQ Kompleks naftalen-TCNB Ciekły kryształ 5*CB

32 Kompleks z przeniesieniem ładunku HMB -TCNQ (tetracyjanochinodimetan) W. Sawka-Dobrowolska, G. Bator, L. Sobczyk, A. Pawlukojć, H. Ptasiewicz-Bąk, H. Rundlöf, J. Krawczyk, M. Nowina-Konopka, P. Jagielski, J.A. Janik, M. Prager, O. Steinsvoll, E. Grech, J. Nowicka-Scheibe, J. Chem. Phys., 123 (2005) 124305. HMB TCNQ

33

34 heksametylobenzen tetracyjanochinodimetan

35 κ – przekaz pędu, – przekaz energii, r – odległość protonów od osi reorientacji (r = 1.06 Å) a = (długość przeskoku) = 3 /2, – średni czas między przeskokami HMB – szybka reorientacja protonów (18/22) Model natychmiastowych przeskoków o 120 o TCNQ – nieruchome protony (4/22) Wkład tylko do części elastycznej. r a

36 Funkcja zdolności rozdzielczej Res( ) Res( ) = A · (1 + B·( - 0 )) · exp( -( - 0 ) 2 / 2 ) z dopasowania do widma dla T = 10 K A, B, 0, Dopasowanie splotu S(κ, ) Res( ) do wyników z dopasowania = 16 ps T = 100 K = 1 ps T = 293 K (HMB: = 10 ps T = 130 K = 0.2 ps T = 300 K )

37 T = 100 K T = 195 K

38 E a = 3.7 kJ/mol E a = 1.8 kJ/mol Prawo Arrheniusa (T) = o · exp (E a /RT) z dopasowania E a (HMB: E a = 8 kJ/mol )

39 Przykłady zastosowania metody QENS: Heksametylobenzen (HMB) Kompleks HMB-TCNQ Kompleks naftalen-TCNB Ciekły kryształ 5*CB

40 Naftalen TCNB (tetracyjanobenzen) K. Czarniecka, J.M. Janik, J.A. Janik, J. Krawczyk, I. Natkaniec, J. Wąsicki, R. Kowal, K. Pigoń, K. Otnes, J. Chem. Phys., 85 (1986) 7289 144º 36º

41 λ1λ1 λ2λ2 π-φπ-φ φ r Model jednoosiowych przeskoków pomiędzy czterema nierównoważnymi położeniami J. Krawczyk, Acta Phys. Pol., A71 (1987) 953

42 T = 313 K = 7 ps T = 173 K = 20 ps

43 Przykłady zastosowania metody QENS: Heksametylobenzen (HMB) Kompleks HMB-TCNQ Kompleks naftalen-TCNB Ciekły kryształ 5*CB

44 H. Suzuki, A. Inaba, J. Krawczyk, M. Massalska-Arodź, T. Kikuchi, O. Yamamuro, Journal of Non-Crystalline Solids, 357 (2011) 734 Q = 0.26 Å -1 – 2.69 Å -1 T = 252.9 K – 353.7 K

45

46

47 Skala czasowa Średni czas między przeskokami (czas korelacji) Zależność (T) energia aktywacji Stała dyfuzji translacyjnej Geometria ruchu Reorientacja – dyfuzja translacyjna Cała molekuła – grupa molekularna (promień reorientacji, deuteracja) Przeskoki (o jaki kąt?) – dyfuzja rotacyjna Nieruchome atomy Udział w kilku ruchach


Pobierz ppt "Kwazi-elastyczne rozpraszanie neutronów (QENS) Badanie ruchów molekularnych Jan Krawczyk Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej."

Podobne prezentacje


Reklamy Google