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) ( [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: 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 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) 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) º 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 = K – 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