Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids

Motional quantum effects of tunneling methyl radical isolated in solid gases as they appear on experimental electron paramagnetic resonance (EPR) spectra are examined. Obtained analytical expressions of the tunneling frequency for methyl rotor/torsional-oscillator utilizing localized Hermite polyn...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2019
Автори: Benetis, N.P., Zelenetckii, I.A., Dmitriev, Y.A.
Формат: Стаття
Мова:English
Опубліковано: Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2019
Назва видання:Физика низких температур
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/176095
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids / N.P. Benetis, I.A. Zelenetckii, Y.A. Dmitriev // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 4. — С. 495-510. — Бібліогр.: 38 назв. — англ.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-176095
record_format dspace
spelling irk-123456789-1760952021-02-04T01:28:40Z Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids Benetis, N.P. Zelenetckii, I.A. Dmitriev, Y.A. Фізичні властивості кpіокpисталів Motional quantum effects of tunneling methyl radical isolated in solid gases as they appear on experimental electron paramagnetic resonance (EPR) spectra are examined. Obtained analytical expressions of the tunneling frequency for methyl rotor/torsional-oscillator utilizing localized Hermite polynomials are compared to full numerical computations and tested against experimental EPR lineshape simulations. In particular, the X-band of methyl radical was displaying partial anisotropy averaging even at lowest temperatures. EPR lineshape simulations involving rotational dynamics were applied for the accurate determination of the potential barrier and the tunneling frequency. Tunneling frequency, as the splitting between the A and E torsional levels by the presence of a periodic C₃ model potential with periodic boundary conditions, was computed and related to the EPRlineshape alteration. The corresponding C₂ rotary tunneling about the in-plane axes of methyl was also studied while both the C₂ and C₃ rotations were compared with the rotation of deuteriated methyl radical. На основі виміряних експериментальних спектрів ЕПР представлено аналіз квантових ефектів, пов’язаних з тунелюванням метильних радикалів, захоплених в твердих газах. Отримано аналітичні вирази для частоти тунелювання метильного радикала навколо осей симетрії з використанням поліномів Ерміта. Ці результати порівнюються з чисельним розрахунком і з даними, отриманими моделюванням експериментальних спектрів ЕПР. Встановлено, зокрема, що спектри ЕПР Xдіапазону демонструють лише залишкову анізотропію, що означає усереднення анізотропії навіть при найнижчих температурах в експерименті. Моделювання спектрів ЕПР з урахуванням динаміки обертального руху використано для коректного отримання величин потенційних бар’єрів та частот тунелювання. Частоти тунелювання, які визначаються як величини розщеплення між A та E обертальними рівнями при наявності модельного C₃ потенціалу та періодичних граничних умов, розраховано та співвіднесено зі зміною форми спектра ЕПР. Також вивчено тунелювання радикала навколо осей C₂, що лежать в площині симетрії радикала. Представлено порівняння C₂ та C₃ обертань для протонованих й дейтерованих метильних радикалів. На основе измеренных экспериментальных спектров ЭПР представлен анализ квантовых эффектов, связанных с туннелированием метильных радикалов, захваченных в твердых газах. Получены аналитические выражения для частоты туннелирования метильного радикала вокруг осей симметрии с использованием полиномов Эрмита. Эти результаты сравниваются с численным расчетом и с данными, полученными моделированием экспериментальных спектров ЭПР. Установлено, в частности, что спектры ЭПР X-диапазона демонстрируют лишь остаточную анизотропию, что означает усреднение анизотропии даже при самых низких температурах в эксперименте. Моделирование спектров ЭПР с учетом динамики вращательного движения использовано для корректного получения величин потенциальных барьеров и частот туннелирования. Частоты туннелирования, определяемые как величины расщепления между A и E вращательными уровнями при наличии модельного C₃ потенциала и периодических граничных условий, были рассчитаны и соотнесены с изменением формы спектра ЭПР. Также изучено туннелирование радикала вокруг осей C₂, лежащих в плоскости симметрии радикала. Представлено сравнение C₂ и C₃ вращений для протонированных и дейтерированных метильных радикалов. 2019 Article Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids / N.P. Benetis, I.A. Zelenetckii, Y.A. Dmitriev // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 4. — С. 495-510. — Бібліогр.: 38 назв. — англ. 0132-6414 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/176095 en 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 English
topic Фізичні властивості кpіокpисталів
Фізичні властивості кpіокpисталів
spellingShingle Фізичні властивості кpіокpисталів
Фізичні властивості кpіокpисталів
Benetis, N.P.
Zelenetckii, I.A.
Dmitriev, Y.A.
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
Физика низких температур
description Motional quantum effects of tunneling methyl radical isolated in solid gases as they appear on experimental electron paramagnetic resonance (EPR) spectra are examined. Obtained analytical expressions of the tunneling frequency for methyl rotor/torsional-oscillator utilizing localized Hermite polynomials are compared to full numerical computations and tested against experimental EPR lineshape simulations. In particular, the X-band of methyl radical was displaying partial anisotropy averaging even at lowest temperatures. EPR lineshape simulations involving rotational dynamics were applied for the accurate determination of the potential barrier and the tunneling frequency. Tunneling frequency, as the splitting between the A and E torsional levels by the presence of a periodic C₃ model potential with periodic boundary conditions, was computed and related to the EPRlineshape alteration. The corresponding C₂ rotary tunneling about the in-plane axes of methyl was also studied while both the C₂ and C₃ rotations were compared with the rotation of deuteriated methyl radical.
format Article
author Benetis, N.P.
Zelenetckii, I.A.
Dmitriev, Y.A.
author_facet Benetis, N.P.
Zelenetckii, I.A.
Dmitriev, Y.A.
author_sort Benetis, N.P.
title Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
title_short Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
title_full Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
title_fullStr Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
title_full_unstemmed Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
title_sort low-temperature tunneling of ch₃ quantum rotor in van der waals solids
publisher Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate 2019
topic_facet Фізичні властивості кpіокpисталів
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/176095
citation_txt Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids / N.P. Benetis, I.A. Zelenetckii, Y.A. Dmitriev // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 4. — С. 495-510. — Бібліогр.: 38 назв. — англ.
series Физика низких температур
work_keys_str_mv AT benetisnp lowtemperaturetunnelingofch3quantumrotorinvanderwaalssolids
AT zelenetckiiia lowtemperaturetunnelingofch3quantumrotorinvanderwaalssolids
AT dmitrievya lowtemperaturetunnelingofch3quantumrotorinvanderwaalssolids
first_indexed 2023-10-18T22:40:25Z
last_indexed 2023-10-18T22:40:25Z
_version_ 1796156135683653632