ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота
Предпринята попытка качественного определения состояния образующихся криоконденсатов воды в соответствии с их кластерным составом c использованием метода криоматричной изоляции. С этой целью проведено ИК спектрометрическое исследование тонких пленок криовакуумных конденсатов, образованных из смес...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2007
|
| Series: | Физика низких температур |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/120913 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота / А. Дробышев, К. Абдыкалыков, А. Алдияров, В. Курносов, Н. Токмолдин, Д. Жумагалиулы // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 08. — С. 916–922. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-120913 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1209132017-06-14T03:06:12Z ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота Дробышев, А. Абдыкалыков, К. Алдияров, А. Курносов, В. Токмолдин, Н. Жумагалиулы, Д. Динамика кристаллической решетки Предпринята попытка качественного определения состояния образующихся криоконденсатов воды в соответствии с их кластерным составом c использованием метода криоматричной изоляции. С этой целью проведено ИК спектрометрическое исследование тонких пленок криовакуумных конденсатов, образованных из смеси паров воды и азота в режиме совместной конденсации при температуре подложки Т = 16 К. Процентный состав воды в азоте в большинстве экспериментов составлял 5%. Парциальное давление воды в ходе экспериментов и толщину пленок устанавливали таким образом, чтобы в последующем можно было проводить сравнение с чистыми водяными пленками с одинаковой приведенной толщиной, выращенными при одном и том же давлении и температуре. В результате сравнения полученных ИК спектров с данными других авторов сделаны выводы о том, что в процессе совместной конденсации воды и азота образуются полиагрегаты (H₂O)n различного состава. В рассмотренном интервале концентраций большая часть полиагрегатов представляла собой димеры, присутствовали также полиагрегаты более высокого порядка, вплоть до гексамеров. Кроме того, наличие интенсивной полосы поглощения в диапазоне частот либрационных колебаний связано с присутствием в матрице азота микрокристаллитов воды. Предположительный циклический характер формирования кластеров позволил рассматривать их как зародыши кристаллической фазы. Параметры ближних порядков в образующихся полиагрегатах и микрокристаллитах могут во многом определять характер термостимулированных полиаморфных и полиморфных превращений в аморфной твердой воде. Зроблено спробу якісного визначення стану кріоконденсатів води, що утворюються, відповідно до їх кластерного складу з використанням методу кріоматричної ізоляції. З цією метою проведене ІЧ спектрометричне дослідження тонких плівок кріовакуумних конденсатів, утворених із суміші парів води та азоту в режимі спільної конденсації при температурі підкладки Т = 16 К. Відсотковий склад води в азоті в більшості експериментів становив 5%. Парціальний тиск води в ході експериментів і товщину плівок установлювали таким чином, щоб надалі можна було проводити порівняння із чистими водяними плівками з однаковою наведеною товщиною, що вирощені при тому самому тиску й температурі. У результат і порівняння отриманих ІЧ спектрів з даними інших авторів зроблено висновки про те, що в процес і спільної конденсації води та азоту утворюються поліагрегати (H₂O)n різного складу. У розглянутому інтервалі концентрацій більша частина поліагрегатів являла собою димери, були присутні також поліагрегати більш високого порядку, аж до гексамерів. Крім того, наявність інтенсивної смуги поглинання в діапазоні частот лібраційних коливань пов’язана із присутністю в матриці азоту мікрокристалітів води. Можливий циклічний характер формування кластерів дозволив розглядати їх як зародки кристалічної фази. Параметри ближніх порядків у поліагрегатах та мікрокристалітах, що утворюються, можуть багато в чому визначити характер термостимульованих поліаморфних та поліморфних перетворень в аморфній твердій воді. An attempt is made to determine qualitatively the state of water cryocondensates in terms of their cluster composition using cryomatrix isolation. We have performed IR-spectrometric studies of thin films of cryovacuum condensates, deposited from a water-N₂ mixture in the co-condensation regime at the substrate temperature T = 16 K. In most experiments the percentage of water in the mixture was 5%. The partial pressures of water during the experiments and the film thicknesses were adjusted to the values, which allowed a comparison of the mixture films with pure water films grown at the same pressures and temperatures, and hence having the same reduced thicknesses. The comparison of the obtained IR spectra with the other authors' data led us to the conclusion that polyaggregates (H₂O)n of varios compositions are formed during co-condensation of water and nitrogen. In the examined range of water concentrations most polyaggregates appear to be dimers, though other polyaggregates, up to hexamers, are also present. Moreover, the intense absorption band in the range of libration oscillations is interpreted as the presence of water microcrystallites in the nitrogen matrix. It is assumed that the formation of clusters is cyclic in character. Hence, clusters can be considered as nuclei of the crystalline phase. The short-range order parameters in the deposited polyaggregates and microcrystallites may largely determine the character of thermo-stimulated polyamorphous and polymorphous transitions in amorphous solid water. 2007 Article ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота / А. Дробышев, К. Абдыкалыков, А. Алдияров, В. Курносов, Н. Токмолдин, Д. Жумагалиулы // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 08. — С. 916–922. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 61.50.–f, 78.30.–j, 78.30.Hv http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/120913 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Динамика кристаллической решетки Динамика кристаллической решетки |
| spellingShingle |
Динамика кристаллической решетки Динамика кристаллической решетки Дробышев, А. Абдыкалыков, К. Алдияров, А. Курносов, В. Токмолдин, Н. Жумагалиулы, Д. ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота Физика низких температур |
| description |
Предпринята попытка качественного определения состояния образующихся криоконденсатов
воды в соответствии с их кластерным составом c использованием метода криоматричной изоляции.
С этой целью проведено ИК спектрометрическое исследование тонких пленок криовакуумных
конденсатов, образованных из смеси паров воды и азота в режиме совместной конденсации
при температуре подложки Т = 16 К. Процентный состав воды в азоте в большинстве экспериментов
составлял 5%. Парциальное давление воды в ходе экспериментов и толщину пленок устанавливали
таким образом, чтобы в последующем можно было проводить сравнение с чистыми водяными
пленками с одинаковой приведенной толщиной, выращенными при одном и том же давлении
и температуре. В результате сравнения полученных ИК спектров с данными других авторов сделаны
выводы о том, что в процессе совместной конденсации воды и азота образуются полиагрегаты
(H₂O)n различного состава. В рассмотренном интервале концентраций большая часть полиагрегатов
представляла собой димеры, присутствовали также полиагрегаты более высокого порядка, вплоть до
гексамеров. Кроме того, наличие интенсивной полосы поглощения в диапазоне частот либрационных
колебаний связано с присутствием в матрице азота микрокристаллитов воды. Предположительный
циклический характер формирования кластеров позволил рассматривать их как зародыши кристаллической
фазы. Параметры ближних порядков в образующихся полиагрегатах и микрокристаллитах могут
во многом определять характер термостимулированных полиаморфных и полиморфных превращений
в аморфной твердой воде. |
| format |
Article |
| author |
Дробышев, А. Абдыкалыков, К. Алдияров, А. Курносов, В. Токмолдин, Н. Жумагалиулы, Д. |
| author_facet |
Дробышев, А. Абдыкалыков, К. Алдияров, А. Курносов, В. Токмолдин, Н. Жумагалиулы, Д. |
| author_sort |
Дробышев, А. |
| title |
ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота |
| title_short |
ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота |
| title_full |
ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота |
| title_fullStr |
ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота |
| title_full_unstemmed |
ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота |
| title_sort |
ик спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Динамика кристаллической решетки |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/120913 |
| citation_txt |
ИК спектры полиагрегатов воды в криоматрице азота / А. Дробышев, К. Абдыкалыков, А. Алдияров, В. Курносов, Н. Токмолдин, Д. Жумагалиулы // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 08. — С. 916–922. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT drobyševa ikspektrypoliagregatovvodyvkriomatriceazota AT abdykalykovk ikspektrypoliagregatovvodyvkriomatriceazota AT aldiârova ikspektrypoliagregatovvodyvkriomatriceazota AT kurnosovv ikspektrypoliagregatovvodyvkriomatriceazota AT tokmoldinn ikspektrypoliagregatovvodyvkriomatriceazota AT žumagaliulyd ikspektrypoliagregatovvodyvkriomatriceazota |
| first_indexed |
2025-07-08T18:51:34Z |
| last_indexed |
2025-07-08T18:51:34Z |
| _version_ |
1837105882636222464 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8, ñ. 916–922
ÈÊ ñïåêòðû ïîëèàãðåãàòîâ âîäû â êðèîìàòðèöå àçîòà
À. Äðîáûøåâ, Ê. Àáäûêàëûêîâ, À. Àëäèÿðîâ, Â. Êóðíîñîâ,
Í. Òîêìîëäèí, Ä. Æóìàãàëèóëû
Êàçàõñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. àëü-Ôàðàáè
Òîëå áè, 96, ã. Àëìàòû, 480012, Êàçàõñòàí
E-mail: drobyshev@kazsu.kz
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 5 ñåíòÿáðÿ 2006 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 5 äåêàáðÿ 2006 ã.
Ïðåäïðèíÿòà ïîïûòêà êà÷åñòâåííîãî îïðåäåëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ îáðàçóþùèõñÿ êðèîêîíäåíñàòîâ
âîäû â ñîîòâåòñòâèè ñ èõ êëàñòåðíûì ñîñòàâîì c èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà êðèîìàòðè÷íîé èçîëÿ-
öèè. Ñ ýòîé öåëüþ ïðîâåäåíî ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèå òîíêèõ ïëåíîê êðèîâàêóóì-
íûõ êîíäåíñàòîâ, îáðàçîâàííûõ èç ñìåñè ïàðîâ âîäû è àçîòà â ðåæèìå ñîâìåñòíîé êîíäåíñàöèè
ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè Ò � 16 Ê. Ïðîöåíòíûé ñîñòàâ âîäû â àçîòå â áîëüøèíñòâå ýêñïåðèìåí-
òîâ ñîñòàâëÿë 5%. Ïàðöèàëüíîå äàâëåíèå âîäû â õîäå ýêñïåðèìåíòîâ è òîëùèíó ïëåíîê óñòàíàâ-
ëèâàëè òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû â ïîñëåäóþùåì ìîæíî áûëî ïðîâîäèòü ñðàâíåíèå ñ ÷èñòûìè âîäÿ-
íûìè ïëåíêàìè ñ îäèíàêîâîé ïðèâåäåííîé òîëùèíîé, âûðàùåííûìè ïðè îäíîì è òîì æå äàâëåíèè
è òåìïåðàòóðå.  ðåçóëüòàòå ñðàâíåíèÿ ïîëó÷åííûõ ÈÊ ñïåêòðîâ ñ äàííûìè äðóãèõ àâòîðîâ ñäåëà-
íû âûâîäû î òîì, ÷òî â ïðîöåññå ñîâìåñòíîé êîíäåíñàöèè âîäû è àçîòà îáðàçóþòñÿ ïîëèàãðåãàòû
(H2O)n ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà.  ðàññìîòðåííîì èíòåðâàëå êîíöåíòðàöèé áîëüøàÿ ÷àñòü ïîëèàãðåãàòîâ
ïðåäñòàâëÿëà ñîáîé äèìåðû, ïðèñóòñòâîâàëè òàêæå ïîëèàãðåãàòû áîëåå âûñîêîãî ïîðÿäêà, âïëîòü äî
ãåêñàìåðîâ. Êðîìå òîãî, íàëè÷èå èíòåíñèâíîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ â äèàïàçîíå ÷àñòîò ëèáðàöèîííûõ
êîëåáàíèé ñâÿçàíî ñ ïðèñóòñòâèåì â ìàòðèöå àçîòà ìèêðîêðèñòàëëèòîâ âîäû. Ïðåäïîëîæèòåëüíûé
öèêëè÷åñêèé õàðàêòåð ôîðìèðîâàíèÿ êëàñòåðîâ ïîçâîëèë ðàññìàòðèâàòü èõ êàê çàðîäûøè êðèñòàëëè-
÷åñêîé ôàçû. Ïàðàìåòðû áëèæíèõ ïîðÿäêîâ â îáðàçóþùèõñÿ ïîëèàãðåãàòàõ è ìèêðîêðèñòàëëèòàõ ìî-
ãóò âî ìíîãîì îïðåäåëÿòü õàðàêòåð òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðà-
ùåíèé â àìîðôíîé òâåðäîé âîäå.
Çðîáëåíî ñïðîáó ÿê³ñíîãî âèçíà÷åííÿ ñòàíó êð³îêîíäåíñàò³â âîäè, ùî óòâîðþþòüñÿ, â³äïîâ³äíî äî
¿õ êëàñòåðíîãî ñêëàäó ç âèêîðèñòàííÿì ìåòîäó êð³îìàòðè÷íî¿ ³çîëÿö³¿. Ç ö³ºþ ìåòîþ ïðîâåäåíå ²× ñïåê-
òðîìåòðè÷íå äîñë³äæåííÿ òîíêèõ ïë³âîê êð³îâàêóóìíèõ êîíäåíñàò³â, óòâîðåíèõ ³ç ñóì³ø³ ïàð³â âîäè òà
àçîòó â ðåæèì³ ñï³ëüíî¿ êîíäåíñàö³¿ ïðè òåìïåðàòóð³ ï³äêëàäêè Ò � 16 Ê. ³äñîòêîâèé ñêëàä âîäè â àçîò³
â á³ëüøîñò³ åêñïåðèìåíò³â ñòàíîâèâ 5%. Ïàðö³àëüíèé òèñê âîäè â õîä³ åêñïåðèìåíò³â ³ òîâùèíó ïë³âîê
óñòàíîâëþâàëè òàêèì ÷èíîì, ùîá íàäàë³ ìîæíà áóëî ïðîâîäèòè ïîð³âíÿííÿ ³ç ÷èñòèìè âîäÿíèìè
ïë³âêàìè ç îäíàêîâîþ íàâåäåíîþ òîâùèíîþ, ùî âèðîùåí³ ïðè òîìó ñàìîìó òèñêó é òåìïåðàòóð³. Ó ðå-
çóëüòàò³ ïîð³âíÿííÿ îòðèìàíèõ ²× ñïåêòð³â ç äàíèìè ³íøèõ àâòîð³â çðîáëåíî âèñíîâêè ïðî òå, ùî â ïðî-
öåñ³ ñï³ëüíî¿ êîíäåíñàö³¿ âîäè òà àçîòó óòâîðþþòüñÿ ïîë³àãðåãàòè (H2O)n ð³çíîãî ñêëàäó. Ó ðîçãëÿíóòî-
ìó ³íòåðâàë³ êîíöåíòðàö³é á³ëüøà ÷àñòèíà ïîë³àãðåãàò³â ÿâëÿëà ñîáîþ äèìåðè, áóëè ïðèñóòí³ òàêîæ
ïîë³àãðåãàòè á³ëüø âèñîêîãî ïîðÿäêó, àæ äî ãåêñàìåð³â. Êð³ì òîãî, íàÿâí³ñòü ³íòåíñèâíî¿ ñìóãè ïîãëè-
íàííÿ â ä³àïàçîí³ ÷àñòîò ë³áðàö³éíèõ êîëèâàíü ïîâ’ÿçàíà ³ç ïðèñóòí³ñòþ â ìàòðèö³ àçîòó ì³êðîêðèñ-
òàë³ò³â âîäè. Ìîæëèâèé öèêë³÷íèé õàðàêòåð ôîðìóâàííÿ êëàñòåð³â äîçâîëèâ ðîçãëÿäàòè ¿õ ÿê çàðîäêè
êðèñòàë³÷íî¿ ôàçè. Ïàðàìåòðè áëèæí³õ ïîðÿäê³â ó ïîë³àãðåãàòàõ òà ì³êðîêðèñòàë³òàõ, ùî óòâîðþþòüñÿ,
ìîæóòü áàãàòî â ÷îìó âèçíà÷èòè õàðàêòåð òåðìîñòèìóëüîâàíèõ ïîë³àìîðôíèõ òà ïîë³ìîðôíèõ ïåðåòâî-
ðåíü â àìîðôí³é òâåðä³é âîä³.
PACS: 61.50.–f Êðèñòàëëè÷åñêoå ñîñòîÿíèe;
78.30.–j Èíôðàêðàñíûå è ðàìàíîâñêèå ñïåêòðû;
78.30.Hv Äðóãèå íåìåòàëè÷åñêèå è îðãàíè÷åñêèå ìàòåðèàëû.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: êðèîêîíäåíñàòû, êðèîìàòðè÷íàÿ èçîëÿöèÿ êëàñòåð, ïîëèàãðåãàòû, ìèêðîêðèñòàëëèòû.
© À. Äðîáûøåâ, Ê. Àáäûêàëûêîâ, À. Àëäèÿðîâ, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, Ä. Æóìàãàëèóëû, 2007
Ââåäåíèå
Èññëåäîâàíèÿ êîëåáàòåëüíûõ ñïåêòðîâ ìîëåêóë
âîäû â êðèîìàòðèöàõ ðàçëè÷íûõ ãàçîâ ïðîâîäÿòñÿ íà
ïðîòÿæåíèè, ïî êðàéíåé ìåðå, ïÿòèäåñÿòè ëåò [1]. Îíè
íàïðàâëåíû íà ïîëó÷åíèå èíôîðìàöèè î ìåõàíèçìàõ
êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ âîäîðîäîñâÿçàííûõ ñèñòåì, à
òàêæå ôîðìèðîâàíèÿ áîëåå ñëîæíûõ êîìïëåêñîâ ñ
ó÷àñòèåì ìîëåêóë âîäû [2]. Ïðåäïðèíÿòûå â íàñòîÿ-
ùåé ðàáîòå èññëåäîâàíèÿ èìåëè ïåðåä ñîáîé íåñêîëüêî
èíóþ öåëü, ñâÿçàííóþ ñî ñëåäóþùèìè îáñòîÿòåëüñò-
âàìè. Èçâåñòíî [3–6], ÷òî êðèîâàêóóìíûå êîíäåíñàòû
âîäû äëÿ îäíîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåì îáëàäàþò èñêëþ-
÷èòåëüíî âûñîêîé ñòåïåíüþ ïîëèàìîðôèçìà è ïîëè-
ìîðôèçìà.  õîðîøî èçó÷åííîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð
êîíäåíñàöèè è ñóùåñòâîâàíèÿ îò 10 äî 200 Ê òâåðäàÿ
ôàçà âîäû ìîæåò íàõîäèòüñÿ, ïî êðàéíåé ìåðå, â òðåõ
àìîðôíûõ ñîñòîÿíèÿõ — âûñîêîïëîòíîì (high density
amorphous), íèçêîïëîòíîì (low density amorphous) è
çàòîðìîæåííîì (restrained amorphous), äâóõ êðèñòàë-
ëè÷åñêèõ ôîðìàõ (êóáè÷åñêîé è ãåêñàãîíàëüíîé), à
òàêæå â ñîñòîÿíèè ñóïåðâÿçêîé ñâåðõïåðåîõëàæäåííîé
æèäêîñòè (òåìïåðàòóðà ñòåêëîïåðåõîäà Tg � 137 Ê).
Èññëåäîâàíèÿ òðàíñôîðìàöèé ýòèõ ñîñòîÿíèé âîäû â
çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè æèçíè è òåìïåðàòóðû â ïî-
ñëåäíèå 10–15 ëåò ïðîâîäÿòñÿ î÷åíü èíòåíñèâíî. Èõ
ðåçóëüòàòû íå ñòîëüêî ïðîòèâîðå÷àò äðóã äðóãó, ñêîëü-
êî ïî-ðàçíîìó èíòåðïðåòèðóþòñÿ. Ïðè÷èíà — äîñòà-
òî÷íî øèðîêèé ðàçáðîñ äàííûõ ýêñïåðèìåíòîâ, êîòî-
ðûå â ïðåäåëàõ òî÷íîñòè ïîääåðæàíèÿ óñëîâèé îïûòà
ïîâòîðÿþò äðóã äðóãà [7,8]. Â èòîãå, ïðèøëè ê âûâîäó,
÷òî ñâîéñòâà êðèîêîíäåíñàòîâ âîäû, ïîìèìî òåìïåðà-
òóðû è ñêîðîñòè ðîñòà, òàêæå ÷óâñòâèòåëüíû ê ðÿäó äî-
ïîëíèòåëüíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ôàêòîðîâ, òàêèõ
êàê óãîë âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè âîäû è
ïîäëîæêîé, âðåìÿ âûäåðæêè îáðàçöà, ñêîðîñòü îòîãðå-
âà, åãî ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû è ò.ä.
Íåäàâíî íàìè áûëè ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ, îñíîâ-
íàÿ öåëü êîòîðûõ ñîñòîÿëà â âûÿñíåíèè îòâåòà íà ñëåäó-
þùèé âîïðîñ: êàêîâà ñòàáèëüíîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
äàííûõ, ïîëó÷àåìûõ ïðè ïîñòîÿííûõ (â ïðåäåëàõ âîç-
ìîæíîñòè óñòàíîâêè) óñëîâèÿõ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé
[9]. Â ýêñïåðèìåíòàõ îáðàçöû àìîðôíîé òâåðäîé âîäû
(ASW) òîëùèíîé 0,75 ìêì â ðåæèìå «background
condensation» îñàæäàëèñü íà ìåòàëëè÷åñêóþ ïîäëîæêó
ïðè òåìïåðàòóðå 16 Ê. Äàâëåíèå ãàçîâîé ôàçû íàä ïîä-
ëîæêîé â õîäå êîíäåíñàöèè óñòàíàâëèâàëîñü â èíòåðâà-
ëå îò 2�10
–6
äî 6�10
–6
Òîðð. Ýòî, ïî ñóòè, îáåñïå÷èâàëî
ðàçíîñòü òåìïåðàòóð â õîäå êîíäåíñàöèè ìåæäó ïîäëîæ-
êîé è ãðàíèöåé ðàçäåëà ôàç, íå ïðåâûøàþùóþ 0,01 Ê. Â
ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé âûÿñíèëîñü, ÷òî
ïðè îäíèõ è òåõ æå óñëîâèÿõ îòîãðåâà îáðàçöû, êîíäåí-
ñèðîâàííûå ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ, ìîãóò âåñòè ñåáÿ
ñóùåñòâåííî ðàçëè÷íûì îáðàçîì. Îòñûëàÿ çà äåòàëÿìè
â [9], îòìåòèì ëèøü, ÷òî íàìè áûë ñäåëàí ñëåäóþùèé
âûâîä. Ðåøàþùèì ôàêòîðîì òàêîãî ïîâåäåíèÿ îáðàçöîâ
â ïðîöåññå òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ ïðåâðàùåíèé ÿâëÿ-
åòñÿ ñîîòíîøåíèå ìåæäó êóáè÷åñêèìè è ãåêñàãîíàëü-
íûìè çàðîäûøàìè â ìàòðèöå àìîðôíîé òâåðäîé âîäû.
Óñòàíîâëåíèå òîãî èëè èíîãî ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó íèìè
èìååò ñëó÷àéíûé, ñòîõàñòè÷åñêèé õàðàêòåð, ðàçóìååòñÿ,
ñ ó÷åòîì ýêñïåðèìåíòàëüíûõ âîçìîæíîñòåé ïîääåðæà-
íèÿ ïîñòîÿíñòâà áàçîâûõ ïàðàìåòðîâ (òåìïåðàòóðà êîí-
äåíñàöèè, ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ, ñêîðîñòü íàãðåâà).
Òàêèì îáðàçîì, íàìè áûëà ïðåäïðèíÿòà ïîïûòêà
êà÷åñòâåííîãî îïðåäåëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ îáðàçóþùèõñÿ
êðèîêîíäåíñàòîâ ñ òî÷êè çðåíèÿ èõ êëàñòåðíîãî ñî-
ñòàâà. Ïðîâåäåíà ñåðèÿ ýêñïåðèìåíòîâ, â êîòîðûõ îá-
ðàçöû îñàæäàëè â ðåæèìå ñîêîíäåíñàöèè.  êà÷åñòâå
ìàòðè÷íîãî ãàçà èñïîëüçîâàëè àçîò. Ïðîöåíòíûé ñî-
ñòàâ âîäû â àçîòå â áîëüøèíñòâå ýêñïåðèìåíòîâ ñî-
ñòàâëÿë 5%. Ïàðöèàëüíûå äàâëåíèÿ âîäû â õîäå ýêñïå-
ðèìåíòîâ óñòàíàâëèâàëèñü òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû â
ïîñëåäóþùåì ìîæíî áûëî ïðîâîäèòü ñðàâíåíèå ñ
÷èñòûìè âîäÿíûìè ïëåíêàìè, âûðàùåííûìè ïðè òîì
æå äàâëåíèè (ðàâíîì ïàðöèàëüíîìó äàâëåíèþ âîäû â
ñìåñè) è òîé æå òåìïåðàòóðå. Ïðè ðàâíûõ âðåìåíàõ
îñàæäåíèÿ ñìåñè è ÷èñòîé âîäû ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî
«ïðèâåäåííàÿ» òîëùèíà âîäû â ìàòðèöå àçîòà ïðèáëè-
çèòåëüíî ðàâíà òîëùèíå ÷èñòîé ïëåíêè. Íåîáõîäèìî
óòî÷íèòü, ÷òî ðå÷ü èäåò íå îá èçó÷åíèè ìàòðè÷íî-èçî-
ëèðîâàííûõ ìîëåêóë âîäû â ìàòðèöå àçîòà (äëÿ ýòîãî
ïðîöåíòíîå ñîäåðæàíèå âîäû âåëèêî), à î ñîñòàâå ñî-
ñòàâëÿþùèõ ïðîöåññà êðèîîñàæäåíèÿ ìîëåêóë âîäû
íà ïîäëîæêó ïðè òåìïåðàòóðå 16 Ê.
Ýêñïåðèìåíò
Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëè íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòà-
íîâêå, êîòîðàÿ ïîäðîáíî îïèñàíà ðàíåå [10], òàê ÷òî ïå-
ðåéäåì ê îïèñàíèþ ñîáñòâåííî èçìåðåíèé. Ïîñëå îò-
êà÷êè âàêóóìíîé êàìåðû óñòàíîâêè äî äàâëåíèÿ
10
–7
Òîðð âêëþ÷àëàñü ìèêðîêðèîãåííàÿ ñèñòåìà è íà÷è-
íàëîñü îõëàæäåíèå ïîäëîæêè (ìåäíàÿ çåðêàëüíàÿ ïîñå-
ðåáðåííàÿ ïîâåðõíîñòü). Îäíîâðåìåííî ñïåöèàëüíîé
çàäâèæêîé (KBr) ïîäëîæêó ïåðåêðûâàëè îò îñíîâíîãî
îáúåìà êàìåðû, ÷òî ïðåïÿòñòâîâàëî âîçìîæíûì íåêîí-
òðîëèðóåìûì ïðîöåññàì êîíäåíñàöèè. Ïî äîñòèæåíèè
òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè 16 Ê ñ ïîìîùüþ îäíîãî èç íàòå-
êàòåëåé â êàìåðå óñòàíàâëèâàëîñü ðàáî÷åå äàâëåíèå ïà-
ðîâ âîäû (~ 10
–6
Òîðð), ïîñëå ÷åãî ñ ïîìîùüþ âòîðîãî
íàòåêàòåëÿ â êàìåðó íàïóñêàëñÿ àçîò äî äàâëåíèÿ, ñîîòâå-
òñòâóþùåãî ðàáî÷åìó ñîñòàâó ñìåñè âîäû è àçîòà. Òàêèì
îáðàçîì, åñëè äàâëåíèå ïàðîâ âîäû ñîñòàâëÿëî 10
–6
Òîðð,
à ðåçóëüòèðóþùåå äàâëåíèå ïîñëå íàïóñêà àçîòà ðàâíÿ-
ëîñü 5�10
–5
Òîðð, òî êîíöåíòðàöèþ âîäû â ñìåñè ìîæíî
áûëî ñ÷èòàòü ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíîé 2%. Äàëåå îòêà÷êó
âàêóóìíîé êàìåðû ïðåêðàùàëè, çàùèòíóþ çàäâèæêó ñ
ïîìîùüþ ìàãíèòîïðèâîäà îòâîäèëè â ñòîðîíó è ñ ïî-
ìîùüþ ëàçåðíîãî èíòåðôåðîìåòðà èçìåðÿëè ñêîðîñòü
ÈÊ ñïåêòðû ïîëèàãðåãàòîâ âîäû â êðèîìàòðèöå àçîòà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8 917
ðîñòà è òîëùèíó îáðàçóþùåéñÿ ïëåíêè ñìåñè ãàçîâ. Ïî
äîñòèæåíèè çàäàííîé òîëùèíû îáðàçöà íàïóñê ãàçîâ â
êàìåðó îòêëþ÷àëè, ïîäëîæêó ïåðåêðûâàëè çàùèòíîé
ïëàñòèíîé, îòêðûâàëè âåíòèëü è âàêóóìíóþ êàìåðó
âíîâü îòêà÷èâàëè äî ïðåäåëüíî âûñîêîãî âàêóóìà.
Îäíà èç õàðàêòåðíûõ èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí
ðîñòà ïëåíêè êðèîêîíäåíñàòà èç ñìåñè àçîò–âîäà ïðèâå-
äåíà íà ðèñ. 1. Ïðè ïàðöèàëüíîì äàâëåíèè ïàðîâ âîäû
� �
�2 10 6 Òîðð è àçîòà Ð� �
�4 10 5 Òîðð ïîëó÷àëè ñìåñü,
ñîñòîÿùóþ èç 5% âîäû è 95 % àçîòà. Òåìïåðàòóðà êîí-
äåíñàöèè 16 Ê. Îáùåå âðåìÿ êîíäåíñàöèè ñîñòàâëÿåò
960 ñ, òîëùèíà îáðàçöà 17 ìêì. Íàïðèìåð, ïðè äàâëå-
íèè ïàðîâ ÷èñòîé âîäû 2�10
–6
Òîðð çà âðåìÿ 960 ñ îáðà-
çóåòñÿ ïëåíêà òîëùèíîé ïðèáëèçèòåëüíî 0,8 ìêì [10].
Èìåííî òàêèì îáðàçöîì â ïîñëåäóþùåì íóæíî áóäåò
ïðîâîäèòü ñðàâíåíèå îïèñûâàåìîãî ýêñïåðèìåíòà (ïðè-
íèìàÿ êîýôôèöèåíòû êîíäåíñàöèè àçîòà è âîäû ïðè
äàííûõ óñëîâèÿõ ðàâíûìè 1).
Çàòåì ïðîâîäèëè èçìåðåíèÿ ÈÊ ñïåêòðîâ îáðàçöà â
èíòåðâàëå ÷àñòîò 400–4200 ñì
–1
. Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåí
õàðàêòåðíûé ñïåêòð îòðàæåíèÿ ïëåíêè, èíòåðôåðî-
ãðàììà ðîñòà êîòîðîé ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1. ßñíî,
÷òî èç-çà îïòè÷åñêîé ïðîçðà÷íîñòè àçîòà â äàííîì èí-
òåðâàëå ÷àñòîò, ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ íà ðèñóíêå ÿâëÿ-
þòñÿ ðåçóëüòàòîì âçàèìîäåéñòâèÿ èçëó÷åíèÿ ÈÊ ñïåê-
òðîìåòðà ñ ìîëåêóëàìè âîäû. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî
ñïåêòð ñíÿò ÷åðåç 60 ìèí ïîñëå êîíäåíñàöèè. Ìû ïðî-
âåëè ñïåöèàëüíûå èçìåðåíèÿ, êîòîðûå ïîêàçàëè, ÷òî
âðåìÿ ñóùåñòâîâàíèÿ òàêîé ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ âàæ-
íûì ôàêòîðîì. Íèæå áóäóò ïðèâåäåíû äàííûå ïî ýâî-
ëþöèîííûì èçìåíåíèÿì â ïëåíêå ñî âðåìåíåì. Òàêèì
îáðàçîì, ïëåíêà òîëùèíîé 17 ìêì ñîñòîèò èç 95% ìî-
ëåêóë àçîòà è 5% ìîëåêóë âîäû. Êàê óæå îòìå÷àëîñü,
åñëè êîíäåíñèðîâàòü ïðè äàííîì ïàðöèàëüíîì äàâëå-
íèè ÷èñòóþ âîäó, òî çà óêàçàííîå íà ðèñ. 1 âðåìÿ êîí-
äåíñàöèè íà ïîäëîæêå îáðàçóåòñÿ ïëåíêà òîëùèíîé
ïðèáëèçèòåëüíî 0,8 ìêì.
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèÿ
Íà ïðåäñòàâëåííîì íà ðèñ. 2 ñïåêòðå îò÷åòëèâî
ïðîÿâëÿþòñÿ îñîáåííîñòè, êà÷åñòâåííàÿ èíòåðïðåòà-
öèÿ êîòîðûõ íå âïîëíå î÷åâèäíà, íî èìååò âïîëíå
ðåàëüíóþ ôèçè÷åñêóþ îñíîâó. Òàê, óçêèé ïèê ïîãëî-
ùåíèÿ íà ÷àñòîòå � � 3680 ñì
–1
ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ
âàëåíòíûìè êîëåáàíèÿìè êâàçèñâîáîäíûõ ìîëåêóë
âîäû, âìîðîæåííûõ â ìàòðèöó. Íåçíà÷èòåëüíîå ïî
ñðàâíåíèþ ñî ñâîáîäíûìè ìîëåêóëàìè âîäû ñìåùå-
íèå â ñòîðîíó áîëåå íèçêèõ ÷àñòîò ìîæíî îáúÿñíèòü
âçàèìîäåéñòâèåì ìîëåêóë âîäû ñ ðåøåòêîé ìàòðèöû
ïî ìåõàíèçìó, îïèñàííîìó â [11]. Êðîìå òîãî, ýòà ïî-
ëîñà ìîæåò áûòü ïðîÿâëåíèåì îáðàçîâàíèÿ èììîáè-
ëèçîâàííûõ äèìåðîâ ìîëåêóë âîäû. Ïëå÷î íà ÷àñòîòå
� � 3713 ñì
–1
âïîëíå âîçìîæíî ÿâëÿåòñÿ ðàçðåøåíèåì
âàëåíòíûõ ñèììåòðè÷íûõ è íåñèììåòðè÷íûõ êîëåáà-
íèé ìîíîìåðîâ. Áîëåå ïîäðîáíûé àíàëèç îñîáåííîñ-
òåé ñïåêòðîâ, ñâÿçàííûé ñ êëàñòåðíûì ñîñòàâîì ïëåí-
êè, áóäåò ïðîâåäåí íèæå.
Èíòåðâàë ÷àñòîò 3200–3600 ñì
–1
ñîîòâåòñòâóåò
âàëåíòíûì êîëåáàíèÿì âîäîðîäîñâÿçàííûõ ìîëåêóë
âîäû. Ðàñùåïëåíèå ýòîé ïîëîñû, ïî êðàéíåé ìåðå, íà
÷åòûðå ñîñòàâëÿþùèõ, î÷åâèäíî, ñâÿçàíî ñ íàëè÷èåì
â ìàòðèöå àçîòà ïîëèàãðåãàòîâ âîäû ðàçëè÷íîãî ñî-
ñòàâà, îáðàçîâàâøèõñÿ â ïðîöåññå êîíäåíñàöèè. Ýòîò
ïðîöåññ ìîã îñóùåñòâèòüñÿ èëè â àäñîðáñëîå íåïîñ-
ðåäñòâåííî ïåðåä êîíäåíñàöèåé èëè óæå â ìàòðèöå
àçîòà â ïðîöåññå äèôôóçèè ìîëåêóë âîäû.
Ïîëîñà äåôîðìàöèîííûõ êîëåáàíèé ìîëåêóë âîäû
(â ðàéîíå 1610 ñì
–1
) èñêëþ÷èòåëüíî óçêàÿ ïî ñðàâíå-
íèþ ñ äàííûìè äëÿ ÷èñòîãî ëüäà (ñìîòðè íèæå). Êðîìå
òîãî, èìååòñÿ âûðàæåííîå ðàñùåïëåíèå ýòîé ïîëîñû
íà äâå ñîñòàâëÿþùèå. Ìû ïîëàãàåì, ÷òî ýòî ñâÿçàíî ñ
ðàçëè÷èåì â ýíåðãèÿõ äåôîðìàöèîííûõ êîëåáàíèé
îáúåìíûõ è ïîâåðõíîñòíûõ ìîëåêóë âîäû, ñîñòàâëÿþ-
ùèõ êëàñòåðû. Íå èñêëþ÷åíî òàêæå, ÷òî ýòî ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì äîíîðíî-àêöåïòîðíîé ïðèðîäû ôîðìèðî-
âàíèÿ ïîëèàãðåãàòîâ [2].
918 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8
À. Äðîáûøåâ, Ê. Àáäûêàëûêîâ, À. Àëäèÿðîâ, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, Ä. Æóìàãàëèóëû
0 200 400 800 1000
– 0,336
– 0,356
– 0,376
– 0,396
– 0,416
– 0,436
– 0,456
– 0,476
600
Âðåìÿ, ñ
Ñ
è
ãí
àë
è
í
òå
ð
ô
åð
î
ì
åò
ð
à,
ì
Â
P = 2 10 ToppH O
–6
2
�
P = 10 ToppN
–5
2
4�
P = 2 10 ToppC
–5
�
Ðèñ. 1. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ëàçåðíîãî èíòåðôåðîìåòðà â
ïðîöåññå îáðàçîâàíèÿ êðèîêîíäåíñàòà ñìåñè, ñîñòîÿùåé
èç 5% âîäû è 95% àçîòà. Òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè 16 Ê,
òîëùèíà ïëåíêè 17 ìêì.
1000 2000 3000 4000
0
3
6
9
3320 cì–1
3713 cì–1
775 cì–1
1606 cì–1
1623 cì–1 3218 cì–1
3330 cì–1
3480 cì–1
3680 cì–1
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
�, ñì–1
Ðèñ. 2. ÈÊ ñïåêòð ïëåíêè êðèîêîíäåíñàòà ñìåñè, ñîñòîÿ-
ùåé èç 5% âîäû è 95% àçîòà. Òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè
16 Ê, òîëùèíà ïëåíêè 17 ìêì.
Î÷åíü èíòåíñèâíîé ÿâëÿåòñÿ ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ ñ
ìàêñèìóìîì íà ÷àñòîòå 775 ñì
–1
, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ëèá-
ðàöèîííûì êîëåáàíèÿì ìîëåêóëû âîäû, òàê íàçûâàå-
ìûì, «çàòîðìîæåííûì âðàùåíèÿì». Åå âîçíèêíîâåíèå
ñâÿçàíî ñ âíóòðèìîëåêóëÿðíûì ïðîòîííûì òóííåëèðî-
âàíèåì. Ó àìîðôíûõ ëüäîâ (ñìîòðè íèæå), îáðàçîâàí-
íûõ ïðè òåìïåðàòóðå êîíäåíñàöèè íèæå 80 Ê, ýòà ïîëî-
ñà ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Íàëè÷èå åå â íàøåì ñëó÷àå
ìîæåò ñâèäåòåëüñòâîâàòü î ïðèñóòñòâèè â ìàòðèöå àçîòà
ìèêðîêðèñòàëëèòîâ ëüäà.
Êàê áûëî îòìå÷åíî âûøå, ñïåêòð íà ðèñ. 2 áûë ïî-
ëó÷åí ÷åðåç 60 ìèí ïîñëå êîíäåíñàöèè ïëåíêè. Íàìè
áûëè ïðîâåäåíû ñïåöèàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ñòàáèëü-
íîñòè âî âðåìåíè ñèñòåìû âîäà–àçîò â ðàññìàòðèâàå-
ìûõ êîíöåíòðàöèÿõ. Äëÿ ýòîãî ïðè ôèêñèðîâàííûõ
óñëîâèÿõ (Ò � 16 Ê, Ð� 10
–7
Òîðð) èçìåðÿëè ñïåêòðû
îòðàæåíèÿ îáðàçöîâ ñ ðàçëè÷íûì âðåìåíåì æèçíè.
Èçìåðåíèÿ ñ çàêðûòîé è îòêðûòîé ïîäëîæêîé ðàçëè-
÷èé íå âûÿâèëè. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïî ýâîëþöèè
ÈÊ ñïåêòðîâ âî âðåìåíè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3.
Êàê âèäíî èç ïðåäñòàâëåííûõ äàííûõ, â äèàïàçîíå
÷àñòîò âàëåíòíûõ è äåôîðìàöèîííûõ êîëåáàíèé ìîëå-
êóë âîäû äîïîëíèòåëüíàÿ âûäåðæêà îáðàçöà ïðàêòè-
÷åñêè íå ñêàçûâàåòñÿ íà õàðàêòåðå ñïåêòðà è çíà÷åíèÿõ
õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ÷àñòîò. Îäíàêî â äèàïàçîíå ÷àñòîò,
ñîîòâåòñòâóþùèõ ëèáðàöèîííûì êîëåáàíèÿì, ñïåêòð
ïðåòåðïåâàåò êàðäèíàëüíûå èçìåíåíèÿ. Ïîëîñà ñ ìàê-
ñèìóìîì íà 685 ñì
–1
ñòàíîâèòñÿ èíòåíñèâíåå, îäíî-
âðåìåííî ñìåùàÿñü â áîëåå âûñîêèå ÷àñòîòû. Åñëè áû
ýòè èçìåíåíèÿ ñîïðîâîæäàëèñü ñìåùåíèåì âàëåíòíûõ
êîëåáàíèé â áîëåå íèçêèå ÷àñòîòû, òî ìîæíî áûëî áû
ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ñòåïåíü âîäîðîäîñâÿçàííîñòè ìîëå-
êóë âîäû â ìàòðèöå àçîòà óñèëèâàåòñÿ ïî âñåìó îáúåìó
ïëåíêè.  äàííîì æå ñëó÷àå, âîçìîæíî, ìû íàáëþäàåì
ðåàêöèþ íà èçìåíåíèÿ â áëèæíåì ïîðÿäêå ìèêðîêðèñ-
òàëëèòîâ, òàê êàê èçâåñòíî [12], ÷òî ëèáðàöèè áîëåå ÷ó-
âñòâèòåëüíû ê íèì, ÷åì âàëåíòíûå êîëåáàíèÿ.
Ïîñëå èçìåðåíèÿ ÈÊ ñïåêòðîâ îáðàçöà äàëüíåéøèé
ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Çàùèò-
íàÿ ïëàñòèíêà ïåðåêðûâàëà ïîäëîæêó è ïðîèñõîäèë îòî-
ãðåâ îáðàçöà. Ïî äîñòèæåíèè Ò � 38 Ê íà÷èíàëàñü èí-
òåíñèâíàÿ ñóáëèìàöèÿ àçîòà ñ ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè.
Äàâëåíèå â êàìåðå ïîâûøàëîñü îò 10
–7
äî 10
–5
Òîðð.
Ïîñëå îòêà÷êè íàñîñàìè äàâëåíèå âíîâü óñòàíàâëèâà-
ëîñü íà íà÷àëüíîì óðîâíå. Âíîâü âêëþ÷àëàñü ìèêðî-
êðèîãåííàÿ ñèñòåìà, è òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè äîâîäè-
ëàñü äî 16 Ê. ×òî æå ïðîèñõîäèëî â ýòî âðåìÿ ñ
ìîëåêóëàìè âîäû, âìîðîæåííûìè â ìàòðèöó â êâàçèñâî-
áîäíîì ñîñòîÿíèè è â âèäå ïîëèàãðåãàòîâ ðàçëè÷íîãî
ðàçìåðà? Î÷åâèäíî, ÷òî â çàìêíóòîì ïðîñòðàíñòâå ìåæ-
äó çàùèòíîé ïëàñòèíêîé è ïîäëîæêîé (ðàññòîÿíèå ìåæ-
äó íèìè îêîëî 5 ìì) îñóùåñòâëÿëñÿ ïðîöåññ ïåðåêîí-
äåíñàöèè ýòèõ ñòðóêòóðíûõ ýëåìåíòîâ íà ïîâåðõíîñòü
ïîäëîæêè. Ïðè÷åì òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè è òåìïåðàòó-
ðà îñàæäàåìîãî âåùåñòâà äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè è
ðàâíûìè 38 Ê. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî â äàííîì ýêñïåðèìåíòå
íà÷àëüíàÿ òîëùèíà ïëåíêè ñîñòàâëÿåò 5 ìêì, è ïîëàãàÿ,
÷òî âñå ìîëåêóëû âîäû êîíäåíñèðóþòñÿ íà ïîäëîæêó,
ïîëó÷àåì ðàñ÷åòíóþ òîëùèíó îáðàçóþùåãîñÿ ñëîÿ âî-
äû íà ïîäëîæêå d � 0,25 ìêì.
Èçìåðåíèÿ ÈÊ ñïåêòðîâ îáðàçîâàâøåãîñÿ èç ìàò-
ðèöû àçîòà îñàäêà ïðîâîäèëè íåïîñðåäñòâåííî ïîñëå
îáðàçîâàíèÿ ñëîåâ. Ýòè äàííûå ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4
(êðèâàÿ 2) â ñðàâíåíèè ñ ÈÊ ñïåêòðîì ìîëåêóë âîäû â
ìàòðèöå àçîòà (êðèâàÿ 1), à òàêæå ñ äàííûìè äëÿ ïëåí-
êè ÷èñòîé âîäû òîëùèíîé 0,25 ìêì (êðèâàÿ 3). Äëÿ
óäîáñòâà ñðàâíåíèÿ âñå ñïåêòðû íîðìèðîâàíû ïî
áàçîâîé ëèíèè, ñîîòâåòñòâóþùåé ÈÊ ñïåêòðó ÷èñòîé
ïîäëîæêè.
Êàê âèäíî íà ðèñ. 4, îòëè÷èå â ñïåêòðàõ èìååò ïðèí-
öèïèàëüíûé õàðàêòåð. Óäîáíåå áóäåò ñðàâíèâàòü ýòè òðè
ñïåêòðà ïî ïàðàì. Èòàê, êðèâàÿ 1 è êðèâàÿ 3. Äèàïàçîí
÷àñòîò âàëåíòíûõ êîëåáàíèé. Î÷åâèäíîå îòëè÷èå êðèî-
êîíäåíñàòà ñìåñè îò ÷èñòîé âîäÿíîé ïëåíêè, êàê óæå îò-
ìå÷àëîñü, çàêëþ÷àåòñÿ íå òîëüêî â íàëè÷èè ó êðèâîé 1
ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ñâîáîäíûõ ìîëåêóë âîäû íà ÷àñòîòå
3680 ñì
–1
, íî è ñëîæíîé ñòðóêòóðû âàëåíòíîé ïîëîñû
âîäîðîäîñâÿçàííûõ ìîëåêóë â èíòåðâàëå ÷àñòîò
3100–3700 ñì
–1
. Ïðè÷åì, îñíîâíûå îñîáåííîñòè ýòîé
ïîëîñû, òàêèå êàê êîëè÷åñòâî ñóáïîëîñ (ìèíèìóìîâ),
ñîõðàíÿþòñÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ òîëùèí ïëåíîê. Âàëåíòíàÿ
ïîëîñà ïëåíêè ÷èñòîé âîäû çíà÷èòåëüíî ñìåùåíà â îá-
ëàñòü áîëåå íèçêèõ ÷àñòîò. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î áîëü-
øåé âîäîðîäîñâÿçàííîñòè ìîëåêóë âîäû â àìîðôíîé
òâåðäîé âîäå (ASW), ÷åì â ïîëèàãðåãàòàõ è êðèñòàëëè-
òàõ, íàõîäÿùèõñÿ â ìàòðèöå àçîòà. Âîçìîæíî, ïðè÷èíîé
ÿâëÿåòñÿ ðîëü ïîâåðõíîñòíûõ ìîëåêóë ïîëèàãðåãàòîâ,
íà êîòîðûõ ðàçðûâàþòñÿ öåïî÷êè âîäîðîäíûõ ñâÿçåé.
Êîñâåííûì ïîäòâåðæäåíèåì ýòîãî ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå
ÈÊ ñïåêòðû ïîëèàãðåãàòîâ âîäû â êðèîìàòðèöå àçîòà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8 919
1000 2000 3000 4000
3
6
9
3480 ñì–1
3218 ñì–1 3680 ñì–1
3333 ñì–1
1606 cì–1
775 cì–1
685 cì–1
� = 15 ìèí
� = 60 ìèí
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
�, ñì–1
1
2
Ðèñ. 3. Ýâîëþöèÿ ÈÊ ñïåêòðà ïëåíêè êðèîêîíäåíñàòà òîë-
ùèíîé 17 ìêì, ñîñòîÿùåé èç 5% âîäû è 95% àçîòà. Òåìïå-
ðàòóðà êîíäåíñàöèè 16 Ê. Äàâëåíèå â êàìåðå âî âðåìÿ èç-
ìåðåíèé 10
–7
Òîðð. Èçìåðåíèÿ ïðîâåäåíû ÷åðåç 15 ìèí (1),
÷åðåç 60 ìèí (2) ïîñëå îñàæäåíèÿ ïëåíîê.
äâóõ íåáîëüøèõ ìèíèìóìîâ ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèé,
êîòîðûå ìîãóò áûòü ñîîòíåñåíû ñ âíóòðèìîëåêóëÿðíûì
ïðîòîííûì òóííåëèðîâàíèåì â îáúåìíûõ è ïîâåðõíîñ-
òíûõ ìîëåêóëàõ âîäû.
Âàæíûì ñóùåñòâåííûì îòëè÷èåì êðèâûõ 1 è 3 ÿâëÿå-
òñÿ õàðàêòåð äåôîðìàöèîííûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû âîäû
íà ÷àñòîòå ïîðÿäêà 1610 ñì
–1
. Äëÿ 100% ïëåíêè àìîð-
ôíîé âîäû (êðèâàÿ 3) õàðàêòåðíûì äëÿ ýòèõ êîëåáàíèé
ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå øèðîêîé è îòíîñèòåëüíî ñëàáîé ïîëî-
ñû ïîãëîùåíèÿ. Äëÿ àíàëèçèðóåìîãî æå îáðàçöà ñìåñè
âîäû è àçîòà (êðèâàÿ 1) ýòà ïîëîñà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé
î÷åíü ðåçêèé è óçêèé ïèê ñ áîëüøîé àìïëèòóäîé ïîãëî-
ùåíèÿ. Êðîìå òîãî, ýòà ïîëîñà ðàñùåïëÿåòñÿ íà äâå (íà
ðèñ. 4 èç-çà ïðèìåíåíèÿ îïåðàöèè «baseline» è äîïîëíè-
òåëüíîãî ñãëàæèâàíèÿ ýòî ðàñùåïëåíèå íå òàê íàãëÿäíî,
êàê íà ðèñ. 2 è 3). Òàêîé ýôôåêò ìîæåò áûòü îáóñëîâëåí
äâóìÿ (ñêîðåå âñåãî, âçàèìîñâÿçàííûìè) ïðè÷èíàìè —
ïðîÿâëåíèåì êëàñòåðíîãî ñîñòàâà âîäû â ìàòðèöå è âçàè-
ìîäåéñòâèåì ïîëèàãðåãàòîâ ñ ðåøåòêîé êðèîêðèñòàëëà
àçîòà.  ÷àñòíîñòè, ê ðàñùåïëåíèþ ïîëîñû äåôîðìàöè-
îííûõ êîëåáàíèé ìîæåò ïðèâåñòè ïàðèòåòíîå ñîîòíîøå-
íèå ìåæäó îáúåìíûìè è ïîâåðõíîñòíûìè ìîëåêóëàìè,
ñîñòàâëÿþùèìè êëàñòåðû. Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå ïîëîñà
ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèé òàêæå ìîæåò ðàñùåïèòüñÿ, êàê
ýòî âèäíî íà ðèñóíêå.
Íàãðåâ îáðàçöà äî òåìïåðàòóðû 38 Ê ïðèâîäèò ê
èñïàðåíèþ ìàòðèöû àçîòà è «êîíäåíñàöèè» ñòðóêòóð-
íûõ ýëåìåíòîâ íà ïîäëîæêå. Êàâû÷êè îçíà÷àþò, ÷òî
îñàæäåíèå ïîëèàãðåãàòîâ âîäû èç ìàòðèöû íà ïîä-
ëîæêó ñëîæíî íàçâàòü êîíäåíñàöèåé, íî åùå òðóäíåå,
íà íàø âçãëÿä, äàòü íîâîå òî÷íîå îïðåäåëåíèå ýòîìó
ïðîöåññó. Âî âñÿêîì ñëó÷àå ÈÊ ñïåêòð ïîäëîæêè ïî-
ñëå èñïàðåíèÿ àçîòà ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü òàêèì
îáðàçîì, ÷òî íà ïîäëîæêå íàõîäèòñÿ âîäà â òâåðäîì
ñîñòîÿíèè, êîòîðîå, îäíàêî, ñëîæíî ñðàâíèòü êàê ñ
àìîðôíûìè, òàê è ñ êðèñòàëëè÷åñêèìè åå ôîðìàìè. Â
îñîáåííîñòè ýòî êàñàåòñÿ äèàïàçîíà ÷àñòîò âàëåí-
òíûõ êîëåáàíèé. Áîëüøàÿ øèðèíà ýòîé ïîëîñû ìîæåò
ãîâîðèòü î çíà÷èòåëüíîì ðàññåÿíèè ïàäàþùåãî èçëó-
÷åíèÿ ãëîáàðà íà îáðàçöå, êîòîðûé, ïî âñåé âèäèìîñ-
òè, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìåëêîäèñïåðñíóþ ñèñòåìó, ñî-
ñòîÿùóþ èç íàíîðàçìåðíûõ ìèêðîêðèñòàëëèòîâ ëüäà.
Ïðè ìåíüøèõ ÷àñòîòàõ äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ ñòàíî-
âèòñÿ ìíîãî áîëüøå õàðàêòåðíûõ ðàçìåðîâ ýòèõ ÷àñ-
òèö, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïîãëîùåíèå íà ÷àñòîòå äåôîð-
ìàöèîííûõ è ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèé ïðèîáðåòàåò
ñõîæèå ñ ÷èñòîé àìîðôíîé âîäîé ïàðàìåòðû.
Ìíîãî÷èñëåííûå èçìåðåíèÿ êðèîìàòðè÷íî-èçîëè-
ðîâàííûõ ñèñòåì, ïðîâåäåííûå çà ïîñëåäíèå ãîäû
ðàçëè÷íûìè èññëåäîâàòåëÿìè, ïîçâîëÿþò âïîëíå äîñ-
òîâåðíî èíòåðïðåòèðîâàòü ïîëó÷åííûå íàìè ðåçóëü-
òàòû è èõ îñîáåííîñòè. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäå-
íî ñðàâíåíèå ñ ðåçóëüòàòàìè èññëåäîâàíèé [16,17],
÷òî ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 5 è 6.
Ïðè èíòåðïðåòàöèè íàøèõ ðåçóëüòàòîâ ó÷òåíû
äàííûå èññëåäîâàíèé, ïðèâåäåííûå â [2]. Ýòè ñðàâíå-
íèÿ ïîçâîëèëè êà÷åñòâåííî îöåíèòü êëàñòåðíûé ñî-
ñòàâ â èññëåäóåìîì îáðàçöå. Êàê è ñëåäîâàëî îæèäàòü
äëÿ òàêèõ áîëüøèõ êîíöåíòðàöèé âîäû â àçîòå, ìîíî-
ìåðû Í2Î â êëàñòåðíîì ñîñòàâå ïðåäñòàâëåíû íåçíà-
÷èòåëüíî, ãîðàçäî á�ëüøóþ ÷àñòü ñîñòàâëÿþò äèìå-
ðû. Íåêîòîðûå àâòîðû [18] îòíîñÿò ê êîëåáàíèÿì â
äèìåðàõ òàêæå è ÷àñòîòó 3682 ñì
–1
, îòíåñåííóþ íà ðè-
ñóíêå ê ïîëèìåðàì.
Êðîìå òîãî, â ñïåêòðå ïðèñóòñòâóþò ÷àñòîòû, êîòî-
ðûå ìîãóò áûòü ñîîòíåñåíû ñ êëàñòåðàìè áîëåå âûñî-
êèõ ïîðÿäêîâ, âïëîòü äî ãåêñàìåðîâ. Ïðè÷åì, êàê
îòìå÷àåòñÿ â [16], îáúåäèíåíèå ìîëåêóë âîäû â íèõ
èìååò çàìêíóòóþ, öèêëè÷åñêóþ ïðèðîäó. Òàêèì îáðà-
920 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8
À. Äðîáûøåâ, Ê. Àáäûêàëûêîâ, À. Àëäèÿðîâ, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, Ä. Æóìàãàëèóëû
800 1600 2400 3200 4000
0
3
6
9
3219 cì–1
3331 cì–1
3236 cì–1
3088 cì–1
2425 cì–1
1627 cì–1
1653 cì–1
723 cì–1
763 cì–1
692 cì–1
555 cì–1
1646 cì–1
3470 cì–1
3680 cì–1
1
2
3
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
�, ñì–1
Ðèñ. 4. Îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ïîäëîæêè ñ ðàçëè÷íû-
ìè ïîêðûòèÿìè. ÈÊ ñïåêòð ïëåíêè òîëùèíîé 5 ìêì, îáðà-
çîâàííîé â õîäå ñîêîíäåíñàöèè 5% Í2Î è 95% N2 íà ïîä-
ëîæêó ïðè Ò � 16 Ê è Ð� �
�2 10 5 Òîðð (1); ÈÊ ñïåêòð ïëåíêè,
îáðàçîâàííîé èç ìàòðèöû ïðè Ò � 38 Ê ïîñëå èñïàðåíèÿ
àçîòà, ðàñ÷åòíàÿ òîëùèíà ïëåíêè 0,25 ìêì (2); ÈÊ ñïåêòð
ïëåíêè ÷èñòîé âîäû òîëùèíîé 0,25 ìêì, îáðàçîâàííîé ïðè
Ò � 38 Ê è Ð�
�10 6 Òîðð (3).
3000 3200 3400 3600 3800
4
6
8
3547(Dim)
3625(Dim)
3632(M)
3696(Dim)
3496 (?)
3510(Tr)
3522(?)
3714(Dim)
3221(Hex)
3650(?)
3480(?)
3357(Quad)
3320 (Pen)
3682(Pol)
�, ñì–1
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
[16]
[17]
[16]
[16]
[17]
[17]
[17]
[17]
[17]
[17]
[17]
[17]
[16]
[16]
Ðèñ. 5. Õàðàêòåðíûå îñîáåííîñòè ÈÊ ñïåêòðîâ ìîëåêóë
âîëû â ìàòðèöå àçîòà â äèàïàçîíå âàëåíòíûõ êîëåáàíèé.
Ïëåíêà òîëùèíîé 5 ìêì îáðàçîâàíà â õîäå ñîêîíäåíñàöèè
5% Í2Î è 95% N2 íà ïîäëîæêó ïðè Ò � 16 Ê. Ì — ìîíîìå-
ðû, Dim — äèìåðû, Tr— òðèììåðû, Quad — êâàäðîìåðû,
Pen — ïåíòàìåðû, Hex — ãåêñàìåðû, Pol — ïîëèìåðû.
çîì, ïî ñóòè, ðå÷ü èäåò î çàðîäûøàõ íîâîé (êðèñòàë-
ëè÷åñêîé) ôàçû. Èìåííî ñîîòíîøåíèå ìåæäó íèìè è
ìîæåò îïðåäåëèòü õàðàêòåð òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ
òðàíñôîðìàöèé â àìîðôíîé òâåðäîé âîäå.
Âûâîäû
1. Ïðîöåññ ñîêîíäåíñàöèè âîäû è àçîòà ñîïðîâîæ-
äàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ïîëèàãðåãàòîâ âîäû ðàçëè÷íîé
âåëè÷èíû. Ýòîò ïðîöåññ íà÷èíàåòñÿ óæå â ãàçîâîé
ôàçå è ïðîäîëæàåòñÿ, âèäèìî, â àäñîðáñëîå. Íà ýòî
óêàçûâàåò òîò ôàêò, ÷òî îáðàçîâàííàÿ ïëåíêà íà íà-
÷àëüíîì ýòàïå ñóùåñòâîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñóùåñòâåííî
íåðàâíîâåñíîé. Ïî êðàéíåé ìåðå, â òå÷åíèå ïðèìåðíî
60 ìèí â íåé îñóùåñòâëÿþòñÿ ïðîöåññû ïåðåñòðîéêè,
çàêëþ÷àþùèåñÿ, âîçìîæíî, â îðèåíòàöèîííîì óïîðÿ-
äî÷åíèè êëàñòåðîâ â ìàòðèöå àçîòà, à òàêæå â ïîãëî-
ùåíèè áîëåå êðóïíûìè ïîëèàãðåãàòàìè áîëåå ìåëêèõ
ñîñåäíèõ êëàñòåðîâ (ïðîöåññ êîàëåñöåíöèè). Ýòè ïðî-
öåññû ñêàçûâàþòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî íà ëèáðàöèîí-
íîé ïîëîñå, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò îá óïîðÿäî÷åíèè â
ïîëèàãðåãàòàõ íà óðîâíå áëèæíåãî ïîðÿäêà.
2. Ðàñùåïëåíèå ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ íà ÷àñòîòå äå-
ôîðìàöèîííûõ è ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèé ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì ðàçëè÷èÿ â ýíåðãèÿõ ñîîòâåòñòâóþùèõ êî-
ëåáàíèé ó îáúåìíûõ è ïîâåðõíîñòíûõ ìîëåêóë. Ýòî
ìîæåò ïðîÿâèòüñÿ ïðè óñëîâèè, êîãäà ñîîòíîøåíèå
ìåæäó ÷èñëîì ýòèõ ìîëåêóë áóäåò ñîèçìåðèìûì, ò.å. ó
ïîëèàãðåãàòîâ ìîëåêóë âîäû â ìàòðèöå.
3. Ïðîöåññ èñïàðåíèÿ ìàòðèöû àçîòà è ïîñëåäóþ-
ùåé «êîíäåíñàöèè» ïîëèàãðåãàòîâ âîäû íà ïîäëîæêó
ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ íà íåé ìåëêîäèñïåðñíîé
ñðåäû, ñîñòîÿùåé èç ÷àñòèö ðàçëè÷íîãî ðàçìåðà. Êîñ-
âåííûì ïîäòâåðæäåíèåì ýòîãî ïðîöåññà ìîæåò ñëó-
æèòü ðàññåÿíèå ñâåòà îò ÷àñòîòû âàëåíòíûõ êîëåáà-
íèé äî ÷àñòîòû ïîðÿäêà 2000 ñì
–1
.
4. Ïðîöåññ ñîêîíäåíñàöèè âîäû è àçîòà ñîïðîâîæ-
äàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ïîëèàãðåãàòîâ ðàçëè÷íîãî ðàç-
ìåðà, à òàêæå ìèêðîêðèñòàëëèòîâ. Ìîæíî ïðåäïîëî-
æèòü, ÷òî ýòè ñòðóêòóðíûå ýëåìåíòû ôîðìèðóþòñÿ è
ïðè êîíäåíñàöèè ÷èñòîé âîäû. Ýòè ýëåìåíòû èìåþò
êðèñòàëëè÷åñêóþ ñòðóêòóðó è ÿâëÿþòñÿ çàðîäûøàìè
êóáè÷åñêîé è ãåêñàãîíàëüíîé ôàç â àìîðôíîé òâåð-
äîé âîäå. Õàðàêòåð òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ ïðåâðà-
ùåíèé â ASW áóäåò âî ìíîãîì îïðåäåëÿòüñÿ ñâîéñò-
âàìè ýòèõ çàðîäûøåé è èõ êîíöåíòðàöèåé [13–15].
Òåìïåðàòóðíûå ãðàíèöû ñóùåñòâîâàíèÿ òðåõ àìîð-
ôíûõ ñîñòîÿíèé — âûñîêîïëîòíûõ, íèçêîïëîòíûõ è
çàòîðìîæåííûõ àìîðôîâ, à òàêæå äâóõ êðèñòàëëè-
÷åñêèõ ôîðì (êóáè÷åñêèå è ãåêñàãîíàëüíûå ëüäû) áó-
äóò îïðåäåëÿòüñÿ êëàñòåðíûì ñîñòàâîì âîäû, ôîð-
ì è ð ó þ ù è ì ñ ÿ í å ï î ñ ð å ä ñ ò â å í í î â õ î ä å
êðèîîñàæäåíèÿ. Ýòîò ïðîöåññ êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ
èìååò â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè ñëó÷àéíûé õàðàêòåð,
÷òî íàõîäèò ñâîå îòðàæåíèå â ñóùåñòâåííîì ðàçáðî-
ñå èìåþùèõñÿ â ëèòåðàòóðå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàí-
íûõ.
1. M. Thiel, E. Becker, and G. Pimentel, J. Chem. Phys. 27,
486 (1957).
2. J.P. Perchard, Chem. Phys. 266, 109 (2001).
3. E.F. Burton and W.F. Oliver, Nature (London) 135, 505
(1935).
4. V.F. Petrenko and R.W. Whitworth, Physics of Ice, Oxford
University Press, New York (1999).
5. P.J. Debenedetti, J. Phys.: Condens. Matter 15, 1669 (2003).
6. C.A. Angell, Science 267, 1924 (1995).
7. N.J. Sack and R.A. Baragiola, Phys. Rev. B48, 9973 (1993).
8. M.S. Westley, G.A. Baratta, and R.A. Baragiola, J. Chem.
Phys. 108, 3321 (1998).
9. A. Äðîáûøåâ, A. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóð-
íîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, ÔÍÒ 33, 627 (2007).
10. A.S. Drobyshev and T.A. Prokhodtseva, J. Low Temp.
Phys. 119, 431 (2000).
11. Sh. Hirabayashi, K. Ohno, and K. Yamada, J. Chem. Phys.
122, 194506-1 (2005).
12. Ph. Parent, C. Laffon, C. Mangeney, F. Bournel, and M.
Tronc, J. Chem. Phys. 117, 10842 (2002).
13. P. Jenniskens and D. Blake, Science 265, 753 (1994).
14. P. Jenniskens, and D. Blake, Astrophys. J. 473, 1104 (1996).
15. P. Jenniskens, S.F. Banham, D.F. Blake, and M.R.S. Mc-
Coustra, J. Chem. Phys. 107, 1232 (1997).
16. M.E.Fajardo and S. Tam., J. Chem. Phys. 115, 6807 (2001).
17. A.J. Tursi and E.R. Nixon, J. Chem. Phys. 52, 1521 (1970).
18. J.B.Paul, C.P.Collier, R.J.Saykally, J.J.Sherer, and A.O.
Keefe, J. Phys. Chem. 101, 5211 (1997).
ÈÊ ñïåêòðû ïîëèàãðåãàòîâ âîäû â êðèîìàòðèöå àçîòà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8 921
1500 1550 1600 1650 1700
2
4
6
1612 (Dim)
1600 (M)
1618 (Dim)
1630 (Pol)
[2]
�, ñì–1
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
[17]
[17]
[17]
Ðèñ. 6. Õàðàêòåðíûå îñîáåííîñòè ÈÊ ñïåêòðîâ ìîëåêóë
âîëû â ìàòðèöå àçîòà â äèàïàçîíå ÷àñòîò äåôîðìàöèîííûõ
êîëåáàíèé. Ïëåíêà òîëùèíîé 5 ìêì îáðàçîâàíà â õîäå ñî-
êîíäåíñàöèè 5% Í2Î è 95% N2 íà ïîäëîæêó ïðè Ò � 16 Ê.
IR spectra of water polyaggregates in nitrogen
cryomatrix
A. Drobyshev, K. Abdikalykov, A. Aldiyrov,
V. Kurnosov, N. Tokmoldin, and D. Zhumagaliuly
An attempt is made to determine qualitatively
the state of water cryocondensates in terms of their
cluster composition using cryomatrix isolation. We
have performed IR-spectrometric studies of thin
films of cryovacuum condensates, deposited from a
water-N2 mixture in the co-condensation regime at
the substrate temperature T � 16 K. In most experi-
ments the percentage of water in the mixture was
5%. The partial pressures of water during the ex-
periments and the film thicknesses were adjusted to
the values, which allowed a comparison of the mix-
ture films with pure water films grown at the same
pressures and temperatures, and hence having the
same reduced thicknesses. The comparison of the
obtained IR spectra with the other authors' data led
us to the conclusion that polyaggregates (H2O)n of
varios compositions are formed during co-conden-
sation of water and nitrogen. In the examined range
of water concentrations most polyaggregates ap-
pear to be dimers, though other polyaggregates, up
to hexamers, are also present. Moreover, the in-
tense absorption band in the range of libration os-
cillations is interpreted as the presence of water
microcrystallites in the nitrogen matrix. It is as-
sumed that the formation of clusters is cyclic in
character. Hence, clusters can be considered as nu-
clei of the crystalline phase. The short-range order
parameters in the deposited polyaggregates and
microcrystallites may largely determine the charac-
ter of thermo-stimulated polyamorphous and poly-
morphous transitions in amorphous solid water.
PACS: 61.50.–f Crystalline state;
78.30.–j Infrared and Raman spectra;
78.30.Hv Other nonmetallic inorganics.
Keywords: cryocondensates, cryomatrix isolation,
cluster, polyaggregates, microcrystallites.
922 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 8
À. Äðîáûøåâ, Ê. Àáäûêàëûêîâ, À. Àëäèÿðîâ, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, Ä. Æóìàãàëèóëû
|