Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды
Одновременно проведены термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследования термостимулированных превращений в тонких пленках криовакуумных конденсатов воды. Показано, что в интервале температур 12–36 К существует область высокоплотной формы аморфных льдов. Переход аморфного высокой плотности л...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127821 |
| 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: | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды / А. Дробышев, А. Алдияров, Д. Жумагалиулы, В. Курносов, Н. Токмолдин // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 5. — С. 627-638. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859867205763596288 |
|---|---|
| author | Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. |
| author_facet | Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. |
| citation_txt | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды / А. Дробышев, А. Алдияров, Д. Жумагалиулы, В. Курносов, Н. Токмолдин // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 5. — С. 627-638. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Одновременно проведены термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследования термостимулированных превращений в тонких пленках криовакуумных конденсатов воды. Показано, что в
интервале температур 12–36 К существует область высокоплотной формы аморфных льдов. Переход
аморфного высокой плотности льда в низкоплотное аморфное состояние начинается при Т 39 К и завершается в интервале температур 60–70 К. Этот процесс сопровождается образованием пор и достигает своей максимальной интенсивности при Т 42 К. Определена температура перехода от стеклообразного аморфного льда в состояние сверхвязкой жидкости Tg = (137 ± 2) К. Дальнейшее
повышение температуры приводит к трансформациям в слое, которые имеют ступенчатый характер.
Это может быть связано с конкурирующими процессами кристаллизации вследствие роста
кубических и гексагональных зародышей, а также с непосредственной кристаллизацией жидкой
сверхвязкой воды, образовавшейся при Тg и существующей совместно с кристаллической фазой
вплоть до температур ~ 200 К. Обнаружен аномальный характер поведения образцов при температурах, предшествующих сублимации. Это подтверждает то, что многокомпонентная система, состоящая
из аморфных и кристаллических компонентов, имеет различные значения равновесных давлений газовой фазы, соответствующие парциальным энергиям активации сублимации, т.е. при высоких температурах аморфная вода испарится на более раннем этапе, а затем реконденсируется на кристалличес-
ких компонентах.
Одночасно проведено термодесорбційне та ІЧ спектрометричне дослідження термостимульованих перетворень у тонких плівках кріовакуумних конденсатів води. Показано, що в інтервалі температур 12–36 К існує область високощільної форми аморфних льодів. Перехід аморфного високої
щільності льоду у низькощильний аморфний стан починається при Т 39 К і завершується в інтервалі
температур 60–70 К. Цей процес супроводжується утворенням пор, що досягає своєї максимальної
інтенсивності при Т 42 К. Визначено температуру переходу від склоподібного аморфного льоду в
стан надв’язкої рідини Tg = (137 ± 2) К. Подальше підвищення температури призводить до трансформацій у шарі, які мають східчастий характер. Це може бути пов’язане з конкуруючими процесами
кристалізації внаслідок росту кубічних і гексагональних зародків, а також з безпосередньою кристалізацією рідкої надв’язкої води, що утворилася при Тg та існує разом із кристалічною фазою аж до
температур ~ 200 К. Виявлено аномальний характер поводження зразків при температурах, які передують сублімації. Це підтверджує те, що багатокомпонентна система, яка складається з аморфних і
кристалічних компонентів, має різні значення рівноважних тисків газової фази, що відповідають
парціальним енергіям активації сублімації, тобто при високих температурах аморфна вода випарується на більш ранньому етапі, а потім реконденсується на кристалічних компонентах.
Thermodesorption and IR studies of thermally
stimulated transitions in thin films of cryovacuum
water condensates were conducted simultaneous. It
is shown that the temperature interval 12–36 K is
the region of existence of a high-density amorphous
solid water state. The high density — low
density amorphous state transition onsets at T 39
K and completes in the interval from 60 to 70 K.
This process is accompanied by the pore formation
which reaches its maximum intensity at T 42 K. It
is found that the temperature of transition from
glassy amorphous ice to super-viscous liquid state
is Tg = (137±2) K. Further increase of the temperature
leads to step-like transformations in the layer.
This may be related to the competing processes of
crystallisation through the growth of cubic and hexagonal
nuclei and direct crystallisation of liquid
super-viscous water, formed at Tg and co-existing
with the crystalline phase up to temperatures of approximately
200 K. The studies revealed an anomalous
behavior of the samples at temperatures below
sublimation. This confirms the idea that a multicomponent
system, which consists of amorphous
and crystalline constituents, has various values of
the gas phase equilibrium pressure, corresponding
to partial activation energies of sublimation. This
results in evaporation of amorphous water at an
earlier stage and its recondensation on the crystalline
components into the corresponding crystalline
phase.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:49:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5, ñ. 627–638
Òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå
èññëåäîâàíèå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ
ïðåâðàùåíèé â êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòàõ âîäû
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
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 27 íîÿáðÿ 2006 ã.
Îäíîâðåìåííî ïðîâåäåíû òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèÿ òåðìî-
ñòèìóëèðîâàííûõ ïðåâðàùåíèé â òîíêèõ ïëåíêàõ êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ âîäû. Ïîêàçàíî, ÷òî â
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 12–36 Ê ñóùåñòâóåò îáëàñòü âûñîêîïëîòíîé ôîðìû àìîðôíûõ ëüäîâ. Ïåðåõîä
àìîðôíîãî âûñîêîé ïëîòíîñòè ëüäà â íèçêîïëîòíîå àìîðôíîå ñîñòîÿíèå íà÷èíàåòñÿ ïðè Ò � 39 Ê è çà-
âåðøàåòñÿ â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 60–70 Ê. Ýòîò ïðîöåññ ñîïðîâîæäàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ïîð è äî-
ñòèãàåò ñâîåé ìàêñèìàëüíîé èíòåíñèâíîñòè ïðè Ò � 42 Ê. Îïðåäåëåíà òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà îò ñòåê-
ëîîáðàçíîãî àìîðôíîãî ëüäà â ñîñòîÿíèå ñâåðõâÿçêîé æèäêîñòè Tg = (137 ± 2) Ê. Äàëüíåéøåå
ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðèâîäèò ê òðàíñôîðìàöèÿì â ñëîå, êîòîðûå èìåþò ñòóïåí÷àòûé õàðàêòåð.
Ýòî ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ êîíêóðèðóþùèìè ïðîöåññàìè êðèñòàëëèçàöèè âñëåäñòâèå ðîñòà
êóáè÷åñêèõ è ãåêñàãîíàëüíûõ çàðîäûøåé, à òàêæå ñ íåïîñðåäñòâåííîé êðèñòàëëèçàöèåé æèäêîé
ñâåðõâÿçêîé âîäû, îáðàçîâàâøåéñÿ ïðè Òg è ñóùåñòâóþùåé ñîâìåñòíî ñ êðèñòàëëè÷åñêîé ôàçîé
âïëîòü äî òåìïåðàòóð ~ 200 Ê. Îáíàðóæåí àíîìàëüíûé õàðàêòåð ïîâåäåíèÿ îáðàçöîâ ïðè òåìïåðàòó-
ðàõ, ïðåäøåñòâóþùèõ ñóáëèìàöèè. Ýòî ïîäòâåðæäàåò òî, ÷òî ìíîãîêîìïîíåíòíàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ
èç àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ, èìååò ðàçëè÷íûå çíà÷åíèÿ ðàâíîâåñíûõ äàâëåíèé ãà-
çîâîé ôàçû, ñîîòâåòñòâóþùèå ïàðöèàëüíûì ýíåðãèÿì àêòèâàöèè ñóáëèìàöèè, ò.å. ïðè âûñîêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ àìîðôíàÿ âîäà èñïàðèòñÿ íà áîëåå ðàííåì ýòàïå, à çàòåì ðåêîíäåíñèðóåòñÿ íà êðèñòàëëè÷åñ-
êèõ êîìïîíåíòàõ.
Îäíî÷àñíî ïðîâåäåíî òåðìîäåñîðáö³éíå òà ²× ñïåêòðîìåòðè÷íå äîñë³äæåííÿ òåðìîñòèìóëüîâà-
íèõ ïåðåòâîðåíü ó òîíêèõ ïë³âêàõ êð³îâàêóóìíèõ êîíäåíñàò³â âîäè. Ïîêàçàíî, ùî â ³íòåðâàë³ òåìïå-
ðàòóð 12–36 Ê ³ñíóº îáëàñòü âèñîêîù³ëüíî¿ ôîðìè àìîðôíèõ ëüîä³â. Ïåðåõ³ä àìîðôíîãî âèñîêî¿
ù³ëüíîñò³ ëüîäó ó íèçüêîùèëüíèé àìîðôíèé ñòàí ïî÷èíàºòüñÿ ïðè Ò � 39 Ê ³ çàâåðøóºòüñÿ â ³íòåðâàë³
òåìïåðàòóð 60–70 Ê. Öåé ïðîöåñ ñóïðîâîäæóºòüñÿ óòâîðåííÿì ïîð, ùî äîñÿãຠñâ ìàêñèìàëüíî¿
³íòåíñèâíîñò³ ïðè Ò � 42 Ê. Âèçíà÷åíî òåìïåðàòóðó ïåðåõîäó â³ä ñêëîïîä³áíîãî àìîðôíîãî ëüîäó â
ñòàí íàäâ’ÿçêî¿ ð³äèíè Tg = (137 ± 2) Ê. Ïîäàëüøå ï³äâèùåííÿ òåìïåðàòóðè ïðèçâîäèòü äî òðàíñôîð-
ìàö³é ó øàð³, ÿê³ ìàþòü ñõ³ä÷àñòèé õàðàêòåð. Öå ìîæå áóòè ïîâ’ÿçàíå ç êîíêóðóþ÷èìè ïðîöåñàìè
êðèñòàë³çàö³¿ âíàñë³äîê ðîñòó êóá³÷íèõ ³ ãåêñàãîíàëüíèõ çàðîäê³â, à òàêîæ ç áåçïîñåðåäíüîþ êðèñ-
òàë³çàö³ºþ ð³äêî¿ íàäâ’ÿçêî¿ âîäè, ùî óòâîðèëàñÿ ïðè Òg òà ³ñíóº ðàçîì ³ç êðèñòàë³÷íîþ ôàçîþ àæ äî
òåìïåðàòóð ~ 200 Ê. Âèÿâëåíî àíîìàëüíèé õàðàêòåð ïîâîäæåííÿ çðàçê³â ïðè òåìïåðàòóðàõ, ÿê³ ïåðå-
äóþòü ñóáë³ìàö³¿. Öå ï³äòâåðäæóº òå, ùî áàãàòîêîìïîíåíòíà ñèñòåìà, ÿêà ñêëàäàºòüñÿ ç àìîðôíèõ ³
êðèñòàë³÷íèõ êîìïîíåíò³â, ìຠð³çí³ çíà÷åííÿ ð³âíîâàæíèõ òèñê³â ãàçîâî¿ ôàçè, ùî â³äïîâ³äàþòü
ïàðö³àëüíèì åíåðã³ÿì àêòèâàö³¿ ñóáë³ìàö³¿, òîáòî ïðè âèñîêèõ òåìïåðàòóðàõ àìîðôíà âîäà âèïà-
ðóºòüñÿ íà á³ëüø ðàííüîìó åòàï³, à ïîò³ì ðåêîíäåíñóºòüñÿ íà êðèñòàë³÷íèõ êîìïîíåíòàõ.
PACS: 78.30.–j Èíôðàêðàñíûå è ðàìàíîâñêèå ñïåêòðû;
61.50.–f Êðèñòàëëè÷åñêîå ñîñòîÿíèå;
78.30.Hv Äðóãèå íåìåòàëëè÷åñêèå è îðãàíè÷åñêèå ìàòåðèàëû.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: êðèîâàêóóìíûå êîíäåíñàòû âîäû, òåðìîäåñîðáöèÿ, ÈÊ ñïåêòðû, ïîëèàìîðôíûå è
ïîëèìîðôíûå ïðåâðàùåíèÿ.
© À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, 2007
1. Ââåäåíèå
Ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå èññëåäîâàíèé ïîëèàìîðô-
íûõ è ïîëèìîðôíûõ êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
ëüäîâ âîäû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îãðîìíûé ìàññèâ ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíûõ è ðàñ÷åòíî-òåîðåòè÷åñêèõ äàííûõ,
çà÷àñòóþ ïðîòèâîðå÷àùèõ äðóã äðóãó. Âî âñÿêîì ñëó-
÷àå, îáùåïðèçíàííûõ òî÷åê ñîïðèêîñíîâåíèÿ ìåæäó
íèìè ìíîãî ìåíüøå, ÷åì êîíòðàïóíêòîâ [1–5]. Îáùèì
ÿâëÿåòñÿ î÷åâèäíîå ïðèçíàíèå òîãî ôàêòà, ÷òî ñâî-
éñòâà îáðàçóþùèõñÿ ëüäîâ çàâèñÿò îò óñëîâèé èõ îá-
ðàçîâàíèÿ è ñóùåñòâîâàíèÿ: òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè è
åå ìîðôîëîãèè, ñêîðîñòè êîíäåíñàöèè è îòîãðåâà îá-
ðàçöîâ, ñîñòîÿíèÿ ãàçîâîé ôàçû (íàïðàâëåííàÿ êîí-
äåíñàöèÿ èëè ðîñò èç ïðîñòðàíñòâåííî îäíîðîäíîé ãà-
çîâîé ôàçû), òîëùèíû ïëåíêè [6–8].
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ôîðìà êðèîâàêóóìíûõ êîí-
äåíñàòîâ âîäû (ASW) â õîäå ïîñòåïåííîãî îòîãðåâà
ïåðåõîäèò â ñîñòîÿíèå ñóïåðâÿçêîé ñâåðõïåðåîõëàæ-
äåííîé æèäêîñòè («Âîäà À»). ßâëÿåòñÿ ëè «Âîäà À»
ñàìîñòîÿòåëüíûì êîíäåíñèðîâàííûì ñîñòîÿíèåì âî-
äû, èëè îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîíå÷íîå çâåíî â íå-
ïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñîñòîÿíèé: âîäà—ïå-
ðåîõëàæäåííàÿ âîäà—«Âîäà À» [9–12]? Îòâåò íà ýòîò
ôóíäàìåíòàëüíûé âîïðîñ äîëæíû äàòü èññëåäîâàíèÿ
ñòðóêòóðû àìîðôíûõ ôîðì âîäû è èõ òðàíñôîðìàöèé.
 êà÷åñòâå êëþ÷åâûõ äåáàòèðóåìûõ ïîëîæåíèé ìîæ-
íî îòìåòèòü ñëåäóþùèå.
1. Ñóùåñòâîâàíèå íèçêîòåìïåðàòóðíîé âûñîêî-
ïëîòíîé ôîðìû (hda) ASW (� = 1,07 ã/ñì
3
), îáðàçóþ-
ùåéñÿ â õîäå ãàçîôàçíîãî êðèîîñàæäåíèÿ ïðè òåìïå-
ðàòóðàõ ïîäëîæêè íèæå 30 Ê. Âèäèìî, âïåðâûå òàêîå
ïðåäïîëîæåíèå ñäåëàíî A.H. Narten äëÿ ýïèòàêñèàëü-
íûõ ñëîåâ ñ òåìïåðàòóðîé êîíäåíñàöèè íèæå 10 Ê [8].
Ïîçæå áûëî ïîêàçàíî [1–3,9], ÷òî hda îáðàçóåòñÿ íà
ïîäëîæêå ïðè òåìïåðàòóðå 15 Ê è ñóùåñòâóåò âïëîòü
äî òåìïåðàòóðû 38 Ê. Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå òåìïå-
ðàòóðû äî 70 Ê ïðèâîäèò ê ïîñòåïåííîìó ïåðåõîäó
ëüäà âûñîêîé ïëîòíîñòè â òàê íàçûâàåìûé àìîðôíûé
ëåä íèçêîé ïëîòíîñòè (lda) ñ � = 0,94 ã/ñì
3
. Íåñìîòðÿ
íà äîáðîòíûé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìàòåðèàë, ëåæà-
ùèé â îñíîâå ýòèõ âûâîäîâ, îíè ïîñòîÿííî ïîäâåðãà-
þòñÿ êðèòè÷åñêîìó àíàëèçó.  ÷àñòíîñòè, â ðàáîòå
[13] â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ è ìîäåëüíûõ èññëåäî-
âàíèé âàêóóìíî-êîíäåíñèðîâàííûõ àìîðôíûõ ëüäîâ
ñäåëàí âûâîä îá îòñóòñòâèè äîêàçàòåëüñòâ îáðàçîâà-
íèÿ hda ïðè î÷åíü íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ êîíäåíñàöèè.
Âìåñòå ñ òåì, ïîêàçàíî, ÷òî óãëîâûå èñêàæåíèÿ ñåòè
âîäîðîäíûõ ñâÿçåé äëÿ àìîðôíûõ íèçêîòåìïåðàòóð-
íûõ ñëîåâ âîäû ñõîäíû ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè èñêà-
æåíèÿìè ïðè àìîðôèçàöèè êðèñòàëëè÷åñêèõ ëüäîâ
ïîä äàâëåíèåì, ðåçóëüòàòîì ÷åãî ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâà-
íèå âûñîêîïëîòíûõ ëüäîâ. Òàêèì îáðàçîì, âîïðîñ î
ñóùåñòâîâàíèè âûñîêîïëîòíûõ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ
êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ âîäû åùå íå çàêðûò.
2. ßâëÿåòñÿ ëè òåðìîñòèìóëèðîâàííàÿ ïîñëåäîâà-
òåëüíîñòü ïîëèàìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé â ASW äèñ-
êðåòíîé ñ âïîëíå îïðåäåëåííûìè çíà÷åíèÿìè òåì-
ïåðàòóð òðàíñôîðìàöèé, èëè àìîðôíàÿ ôîðìà âîäû
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåïðåðûâíûé êîíòèíóóì ïîñëå-
äîâàòåëüíî è ïîñòåïåííî ìåíÿþùèõñÿ ñîñòîÿíèé?
Ó÷èòûâàÿ èçâåñòíóþ çàâèñèìîñòü ñâîéñòâ ASW îò óñ-
ëîâèé îáðàçîâàíèÿ, ïîëàãàëîñü [1–4], ÷òî ñóùåñòâóåò
êîíå÷íûé íàáîð ðàçëè÷íûõ ïî ñòðóêòóðå áëèæíåãî ïî-
ðÿäêà ñîñòîÿíèé è ñîîòâåòñòâóþùèõ èì òåìïåðàòóð-
íûõ èíòåðâàëîâ ñóùåñòâîâàíèÿ. Âìåñòå ñ òåì, ïðîâå-
äåííûå â ïîñëåäíèå ãîäû ñòðóêòóðíûå èññëåäîâàíèÿ
ìåòàñòàáèëüíûõ ôîðì àìîðôíûõ ëüäîâ ñâèäåòåëüñò-
âóþò î ñóùåñòâîâàíèè áîëüøîãî ÷èñëà àìîðôíûõ
ôîðì ASW.  ÷àñòíîñòè, â [14] ìåòîäîì íåéòðîííîé è
ðåíòãåíîâñêîé äèôðàêöèè èññëåäîâàíî, ïî ìåíüøåé
ìåðå, ïÿòü ðàçëè÷àåìûõ àìîðôíûõ ñîñòîÿíèé, à òàêæå
ïðåäïîëàãàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå åùå áîëüøåãî èõ ÷èñ-
ëà. Àâòîðû ðåçîííî ïðåäïîëàãàþò, ÷òî âîçìîæíî íå-
ïðåðûâíîå ðàñïðåäåëåíèå îáðàòèìûõ ôîðì ìåæäó
hda- è lda-ñîñòîÿíèÿìè.
3. Êàêîâî çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû ñòåêëîïåðåõîäà
Tg? Áëàãîäàðÿ ìíîãî÷èñëåííûì ýêñïåðèìåíòàëüíûì
èññëåäîâàíèÿì, íàïðèìåð, ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòî-
äà äèôôåðåíöèàëüíîãî ñêàíèðóþùåãî êàëîðèìåòðà
[15–17] íàéäåíî çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû ñòåêëîïåðå-
õîäà Tg îêîëî 136 Ê ñ ðàçáðîñîì â 2 ãðàäóñà. Îäíàêî
ñóùåñòâóåò ðÿä èññëåäîâàíèé, â êîòîðûõ ïî-èíîìó
òðàêòóþòñÿ ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå
[18,19].  îñíîâå èõ êðèòè÷åñêîãî àíàëèçà çíà÷åíèÿ Òg
ëåæèò òîò èçâåñòíûé ôàêò, ÷òî ýêçîòåðìè÷åñêèé ïðî-
öåññ êðèñòàëëèçàöèè è ýíäîòåðìè÷åñêèé ïåðåõîä èç
ñòåêëîîáðàçíîãî ñîñòîÿíèÿ â ñîñòîÿíèå ñâåðõâÿçêîé
æèäêîñòè îñóùåñòâëÿþòñÿ â îäíîì äîñòàòî÷íî óçêîì
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð, ïðè ýòîì ïåðåêðûâàÿñü äðóã
ñ äðóãîì. Ñóùåñòâóþò äîñòàòî÷íî ðàñïðîñòðàíåííûå
ìåòîäû ðàçäåëåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, îä-
íèì èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ìåòîä èçîòåðìè÷åñêîãî îò-
æèãà îáðàçöîâ. Òåì íå ìåíåå äåáàòû ïðîäîëæàþòñÿ
[20], âîïðîñ íåëüçÿ ñ÷èòàòü çàêðûòûì, õîòÿ áîëüøèí-
ñòâî ñêëîííî ïðèçíàòü òåìïåðàòóðó ñòåêëîïåðåõîäà
ðàâíîé 136 Ê [5].
4. Êàêîâû òåðìîäèíàìè÷åñêèå ãðàíèöû ñóùåñòâî-
âàíèÿ «Âîäû À» îò òåìïåðàòóðû ñòåêëîïåðåõîäà äî
òåìïåðàòóðû êðèñòàëëèçàöèè? Ýòîò âîïðîñ òåñíî ñâÿ-
çàí ñ òåì, êàêîâà ñòðóêòóðà ASW è êàê ýòî ñêàçûâàåòñÿ
íà êèíåòè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòÿõ ïîëèàìîðôíûõ è
ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé, à òàêæå ïðîöåññîâ ñóá-
ëèìàöèè. Èìåííî ñîîòíîøåíèå ìåæäó êðèñòàëëè÷åñ-
êèìè è àìîðôíûìè ôîðìàìè â èçó÷àåìîì îáðàçöå âî
ìíîãîì îïðåäåëèò åãî ïîâåäåíèå, îñîáåííî ïðè òåì-
ïåðàòóðàõ ñóùåñòâåííî âûøå Òg. Â ðÿäå ðàáîò [3,21]
óêàçûâàåòñÿ íà ñóùåñòâåííóþ ðîëü ðàçëè÷èÿ â ýíåð-
ãèÿõ àêòèâàöèè ñóáëèìàöèè àìîðôíîé è êðèñòàëëè-
628 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé â ïðîöåññå ñóáëèìàöèè ëüäîâ
âîäû, à â îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ êðèñòàëëè÷åñêèõ
(êóáè÷åñêèõ) ëüäîâ ïðèñóòñòâóåò ìàòåðèÿ â âèäå
ñâåðõâÿçêîé æèäêîñòè, ñóùåñòâóþùàÿ äî òåìïåðàòóð
âûøå 200 Ê. Òàêîãî ðîäà èññëåäîâàíèÿ èìåþò íå òîëü-
êî ôóíäàìåíòàëüíîå çíà÷åíèå ïðè èçó÷åíèè ôèçèêè è
õèìèè âîäû, íî î÷åâèäíîå àñòðîôèçè÷åñêîå ïðèìåíå-
íèå, ñïîñîáñòâóÿ ïîíèìàíèþ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿ-
ùèõ íà âîäîñîäåðæàùèõ ïîâåðõíîñòÿõ åñòåñòâåííûõ
êîñìè÷åñêèõ îáúåêòîâ.
2. Ýêñïåðèìåíò
Ïîñòàíîâêà çàäà÷è
Ïðèâåäåííûå âûøå ïîëîæåíèÿ ÿâëÿþòñÿ, î÷åâèä-
íî, íåçàìêíóòûìè, íî è èçëîæåííîå ïðåäîñòàâëÿåò
äîñòàòî÷íî ñåðüåçíîå îñíîâàíèå äëÿ ïðîäîëæåíèÿ äå-
òàëüíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïðîöåññîâ
òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ òðàíñôîðìàöèé â êðèîâàêó-
óìíûõ êîíäåíñàòàõ âîäû. Ñóòü ïðîâåäåííûõ íàìè èñ-
ñëåäîâàíèé (áîëåå ïîäðîáíî ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëü-
íîé óñòàíîâêè èçëîæåíà â ñîîòâåòñòâóþùåì ðàçäåëå)
çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Íà ìåòàëëè÷åñêîå çåðêàëî
(ìåäíàÿ ïîñåðåáðåííàÿ ïîäëîæêà), ðàñïîëîæåííîå íà
âåðõíåì ôëàíöå ìèêðîêðèîãåííîé ñèñòåìû, îñàæäà-
ëè òîíêóþ ïëåíêó êðèîêîíäåíñàòà âîäû. Òåìïåðàòóðà
êîíäåíñàöèè âàðüèðóåòñÿ îò Ò = 12 Ê è âûøå. Äàâëå-
íèå êîíäåíñàöèè óñòàíàâëèâàëîñü íàòåêàòåëåì â èí-
òåðâàëå 10
–6
–10
–4
Òîðð. Òàêèì îáðàçîì, ðåàëèçîâà-
ëàñü ñõåìà ñ ïðîñòðàíñòâåííî îäíîðîäíûì óãëîâûì
ðàñïðåäåëåíèåì ïàäàþùèõ íà ïîäëîæêó ìîëåêóë
âîäû (background condensation). Òîëùèíó ïëåíêè, åå
êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ è ñêîðîñòü êîíäåíñàöèè
èçìåðÿëè ñ ïîìîùüþ äâóõëó÷åâîãî ëàçåðíîãî èíòåð-
ôåðîìåòðà. Òîëùèíà ïëåíêè ñîñòàâëÿëà 0,5–10 ìêì,
÷òî ïîçâîëÿëî ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ ïðè áîëåå âûñî-
êèõ òåìïåðàòóðàõ. Ïîñëå ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé ÈÊ
ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ ïðè òåìïåðàòóðå êðèîîñàæäåíèÿ
íà÷èíàëñÿ ïîñòåïåííûé íàãðåâ ïîäëîæêè ñ îäíîâðå-
ìåííûì èçìåðåíèåì âûáðàííûõ ïàðàìåòðîâ.
Òðàäèöèîííàÿ ñõåìà ýêñïåðèìåíòà, êîíäåíñàöèÿ—
àíàëèç—îòîãðåâ—àíàëèç, ó÷èòûâàëà ñëåäóþùèå âîç-
ìîæíîñòè.
1. Íåïðåðûâíîå èçìåðåíèå âûáðàííîãî ïàðàìåòðà,
ïî êðàéíåé ìåðå, äâóìÿ íåçàâèñèìûìè ìåòîäàìè. Ýòî
äàåò âîçìîæíîñòü òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð-
íûõ èíòåðâàëîâ ñóùåñòâîâàíèÿ è òðàíñôîðìàöèé ïî-
ëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ñîñòîÿíèé ëüäà.
2. Ìåòîäè÷åñêîå ðàçäåëåíèå ïàðàëëåëüíî ïðîòåêà-
þùèõ ïðîöåññîâ â îáðàçöàõ, òàêèõ êàê ýêçîòåðìè-
÷åñêàÿ êðèñòàëëèçàöèÿ è ýíäîòåðìè÷åñêèé «ñòåêëî-
ïåðåõîä». Òàê, èñïîëüçîâàíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî
ñêàíèðóþùåãî êàëîðèìåòðà [15–17] äàåò áîãàòåéøóþ
èíôîðìàöèþ, îäíàêî èññëåäîâàíèÿ ñ åãî ïîìîùüþ â
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð ñòåêëîïåðåõîäà Òg ñîïðÿæåíî
ñ íåîáõîäèìîñòüþ âìåøàòåëüñòâà â åñòåñòâåííûå
òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðîöåññû òðàíñôîðìàöèé â
ASW. Ýòî âìåøàòåëüñòâî çàêëþ÷àåòñÿ â ïðåäâàðè-
òåëüíîì îòîãðåâå èññëåäóåìîãî îáðàçöà, ÷òî íå ÿâ-
ëÿåòñÿ âïîëíå êîððåêòíûì, òàê êàê íèâåëèðóåò
îñîáåííîñòè, ïðèîáðåòåííûå ïëåíêàìè â ïðîöåññå
êðèîîñàæäåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò äîìèíèðîâàòü â õîäå
ðåëàêñàöèîííûõ ïðîöåññîâ â èññëåäóåìûõ êðèîâàêó-
óìíûõ êîíäåíñàòàõ [1,2].
3. Âîçìîæíîñòü ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé îäíèì ìå-
òîäîì â øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð — îò êîíäåí-
ñàöèè äî ñóáëèìàöèè.
Ìåòîäû èçìåðåíèÿ
Ñ ó÷åòîì ïîñòàâëåííîé çàäà÷è è òðåáîâàíèé ê ìå-
òîäàì èçìåðåíèé â ïðîöåññå ðîñòà è îòîãðåâà ïëåíêè
èçìåðÿëè ñëåäóþùèå âåëè÷èíû.
1. Èçìåðåíèå ñêîðîñòè ðîñòà, òîëùèíû è êîýôôè-
öèåíòà ïðåëîìëåíèÿ êðèîäåïîçèòîâ ñ ïîìîùüþ äâóõ-
ëó÷åâîãî ëàçåðíîãî èíòåðôåðîìåòðà.
2. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ôèêñè-
ðîâàííîé ÷àñòîòå íàáëþäåíèÿ. ×àñòîòà íàáëþäåíèÿ
ñîñòàâëÿëà 3015 ñì
–1
— íèçêî÷àñòîòíûé êðàé ïîëîñû
ïîãëîùåíèÿ ñâÿçè ΖÍ. Ïðîâåäåííûå íàìè ðàíåå
[22–24] ìíîãî÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî
èìåííî ýòà îáëàñòü ñïåêòðà (íàðÿäó ñ ëèáðàöèîííûìè
êîëåáàíèÿìè) îñîáåííî ÷óâñòâèòåëüíà ê èçìåíåíèÿì
ïîëèìîðôíûõ è ïîëèàìîðôíûõ ñîñòîÿíèé ïëåíêè.
3. Èçìåðåíèå òåðìîäåñîðáöèîííîãî èçìåíåíèÿ
äàâëåíèÿ â âàêóóìíîé êàìåðå â ïðîöåññå îòîãðåâà. Â
íàøèõ èçìåðåíèÿõ ìû íå èñïîëüçîâàëè ìàññ-ñïåêòðî-
ìåòð, ñïðàâåäëèâî ïîëàãàÿ, ÷òî îñíîâíûì êîìïîíåí-
òîì, ñîðáèðîâàííûì íà ïîâåðõíîñòè ïîð ASW, áóäåò
àçîò. Ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ òåì ôàêòîì, ÷òî ðåçêîå óâå-
ëè÷åíèå âàêóóìà â êàìåðå íàáëþäàåòñÿ ïðè äîñòè-
æåíèè òåìïåðàòóðû êðèîïàíåëåé íàñîñà ïðèìåðíî
Ò = 23–24 Ê, à èìåííî äëÿ àçîòà â ýòîì èíòåðâàëå òåì-
ïåðàòóð ðàâíîâåñíîå äàâëåíèå óìåíüøàåòñÿ îò
� 10
–7
Òîðð äî � 10
–8
Òîðð [25].
Êðîìå òîãî, ñòàâèëîñü öåëüþ èñïîëüçîâàíèå ýòîãî
ìåòîäà äëÿ îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðíûõ ãðàíèö ñó-
ùåñòâîâàíèÿ ìîäèôèêàöèé ëüäà âîäû. Äëÿ ýòîãî èçìå-
ðÿëè èíòåãðàëüíîå äàâëåíèå â âàêóóìíîé êàìåðå è åãî
èçìåíåíèå, ñâÿçàííîå ñ äåñîðáöèåé ìîëåêóë àçîòà â
õîäå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé.
4. Èçìåðåíèå îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ïîäëîæ-
êè ñ ïëåíêîé êðèîêîíäåíñàòà âîäû íà ÷àñòîòå Íå–Ne
ëàçåðà (638 íì). Ýòîò ìåòîä èñïîëüçîâàëè äëÿ àíàëèçà
èçìåíåíèÿ ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòè ïëåíêè â õîäå
îòîãðåâà, à òàêæå êîíòðîëÿ íàä âîçìîæíîé ïàðàçèòíîé
êîíäåíñàöèåé (èëè ïåðåêîíäåíñàöèåé) âîäû â õîäå
îòîãðåâà.
Òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5 629
5. Èçìåðåíèå ÈÊ ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ ïðè ôèêñèðî-
âàííûõ òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè ñ îáðàçöîì. Ýòè èçìå-
ðåíèÿ ïðîâîäèëè ïåðèîäè÷åñêè ñ öåëüþ óñòàíîâëåíèÿ
âçàèìîñâÿçè ìåæäó èçìåíåíèåì ñèãíàëà èíòåðôåðî-
ìåòðà íà ÷àñòîòå 3015 ñì
–1
è õàðàêòåðîì èçìåíåíèÿ
ÈÊ ñïåêòðà.
Îäíîâðåìåííîå èñïîëüçîâàíèå ÈÊ ñïåêòðîìåòðè-
÷åñêîãî è òåðìîäåñîðáöèîííîãî ìåòîäîâ ïîçâîëÿåò
áîëåå íàäåæíî èíòåðïðåòèðîâàòü ïîëó÷åííûå ðåçóëü-
òàòû. Êðîìå òîãî, òàêîé ïîäõîä äàåò âîçìîæíîñòü âû-
ÿâëÿòü îñîáåííîñòè êðèâîé îòîãðåâà, êîòîðûå ðàíåå
ìîæíî áûëî îòíåñòè ê ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà, íà êîòîðîé ïðîâî-
äèëè èçìåðåíèÿ, îïèñàíà íàìè íåîäíîêðàòíî è ïîä-
ðîáíî (ñì., â ÷àñòíîñòè, [22]). Îäíàêî äëÿ èçó÷åíèÿ
òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ ïðåâðàùåíèé â ASW â êîí-
ñòðóêöèþ óñòàíîâêè áûëè ââåäåíû óñîâåðøåíñòâîâà-
íèÿ, íàïðàâëåííûå â îñíîâíîì íà îáåñïå÷åíèå ñòà-
áèëüíîñòè óñëîâèé ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé. Íà ðèñ. 1
ïðèâåäåíà ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè. Íàä
ïîäëîæêîé ñ ïîìîùüþ ìàãíèòíîãî ïðèâîäà (10) ìî-
æåò óñòàíàâëèâàòüñÿ è óáèðàòüñÿ ïëàñòèíà èç ÊBr (6),
â çàäà÷ó êîòîðîé âõîäèò ïåðåêðûòèå ðàáî÷åé ïîâåðõ-
íîñòè (7) êàê îò íåêîíòðîëèðóåìûõ ïðîöåññîâ ïðåä-
êîíäåíñàöèè, òàê è çàùèòà åå îò âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ
â õîäå îòîãðåâà. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ïîäëîæêîé è çà-
ùèòíîé ïëàñòèíîé ñîñòàâëÿåò 5 ìì.
Êðîìå òîãî, íà âåðõíåì íèçêîòåìïåðàòóðíîì ôëàí-
öå ìèêðîðåôðèæåðàòîðà Ìàê-Ìàãîíà ðàçìåùåíû äî-
ïîëíèòåëüíûå ìåäíûå ïëàñòèíû (8), èãðàþùèå ðîëü
êðèîêîíäåíñàöèîííûõ íàñîñîâ. Äëÿ êðèîîòêà÷êè â çà-
ùèòíîì êîæóõå (12) èìåþòñÿ îòâåðñòèÿ, êîòîðûå ìî-
ãóò ïåðåêðûâàòüñÿ ñ ïîìîùüþ öèëèíäðè÷åñêîé çà-
äâèæêè (9) è ìàãíèòîïðèâîäà (10). Ýòî ïîçâîëÿåò ïî-
âûñèòü áàçîâûé óðîâåíü âàêóóìà â êàìåðå äî
5·10
–8
Òîðð. Áîëåå òîãî, ïåðåêðûòèå ïîäëîæêè çàùèò-
íîé ïëàñòèíîé â ñî÷åòàíèè ñ çàùèòíûì êîæóõîì ñî-
çäàåò â îêðåñòíîñòÿõ ïîäëîæêè çàìêíóòûé îáúåì, äàâ-
ëåíèå â êîòîðîì ìíîãî íèæå âíåøíåãî äàâëåíèÿ â
âàêóóìíîé êàìåðå. Èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå çàùèò-
íîé ïëàñòèíû ÊBr ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ â
øèðîêîì ÈÊ äèàïàçîíå, íå íàðóøàÿ ýòèõ óñëîâèé.
Îñíîâíûå ðàáî÷èå ïàðàìåòðû ýêñïåðèìåíòàëüíîé
óñòàíîâêè è ñîîòâåòñòâóþùåå îáîðóäîâàíèå ñëå-
äóþùèå:
– ðàçìåðû âàêóóìíîé êàìåðû — öèëèíäð äèàìåò-
ðîì è âûñîòîé 450 ìì (íåðæàâåþùàÿ ñòàëü);
– äèàìåòð âåðõíåãî ôëàíöà âàêóóìíîé êàìåðû —
60 ìì, äèàìåòð ðàáî÷åé ïîâåðõíîñòè — 40 ìì (ìåäíàÿ
ïîñåðåáðåííàÿ ïîäëîæêà);
– ïðåäåëüíûé âàêóóì â êàìåðå — 5·10
–8
Òîðð (öåî-
ëèòîâûå è ìàãíèòîðàçðÿäíûå íàñîñû, êîíäåíñàöèîí-
íûé íàñîñ);
– ìèíèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè — 12 Ê (ðå-
ôðèæåðàòîð Ìàê-Ìàãîíà). Òåìïåðàòóðà èçìåðÿåòñÿ
òåðìîïàðîé (Au + 0,07 % Fe)–Cu ñ òî÷íîñòüþ èçìåðå-
íèÿ íå íèæå 0,5 ãðàä â äèàïàçîíå íèçêèõ òåìïåðàòóð;
– äèàïàçîí ÷àñòîò ÈÊ ñïåêòðîìåòðà — 400–
4200 ñì
–1
(ÈÊÑ-29);
– èíòåðâàë òîëùèí ïëåíîê — 0,2–20 ìêì (äâóõëó-
÷åâîé ëàçåðíûé èíòåðôåðîìåòð).
Ïîðÿäîê ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ
Ïîñëå îòêà÷êè âàêóóìíîé êàìåðû öåîëèòîâûìè è
ìàãíèòîðàçðÿäíûìè íàñîñàìè äî äàâëåíèÿ 10
–6
Òîðð
ïîâåðõíîñòü êîíäåíñàöèè ïåðåêðûâàëè ïëàñòèíîé èç
KBr è âêëþ÷àëè ìèêðîêðèîãåííóþ ñèñòåìó (3). Ïî
ìåðå îõëàæäåíèÿ âåðõíåãî ôëàíöà â ðåçóëüòàòå êðèî-
îòêà÷êè âàêóóì â êàìåðå óëó÷øàëñÿ è ïðè Ò = 16 Ê ñî-
ñòàâëÿë 5·10
–8
Òîðð. Äàëåå âàêóóìíóþ êàìåðó ïåðå-
êðûâàëè îò ñèñòåìû îòêà÷êè, âêëþ÷àÿ êðèîíàñîñ.
Ïîñëå ýòîãî çàùèòíóþ ïëàñòèíêó (6) ñ ïîìîùüþ ìàã-
íèòîïðèâîäà îòâîäèëè â ñòîðîíó, è â êàìåðó ÷åðåç
íàòåêàòåëü íàïóñêàëè ïàðû âîäû. Èñòî÷íèê ïàðîâ âî-
äû — áèäèñòèëëèðîâàííàÿ æèäêàÿ âîäà, íàõîäÿùàÿñÿ
â àìïóëå, ðàñïîëîæåííîé íåïîñðåäñòâåííî â êîð-
ïóñå âåíòèëÿ íàïóñêà. Äàâëåíèå â êàìåðå ïîäíèìà-
ëîñü äî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà÷åíèé (â èíòåðâàëå
10
–6
–10
–4
Òîðð), è íà ïîäëîæêå êîíäåíñèðîâàëñÿ îá-
ðàçåö çàäàííîé òîëùèíû (êîíòðîëü îñóùåñòâëÿëè ëà-
çåðíûì èíòåðôåðîìåòðîì). Íàòåêàíèå ïàðîâ âîäû â
êàìåðó ïåðåêðûâàëè, îòêðûâàëè âåíòèëü îòêà÷êè ìàã-
íèòîðàçðÿäíûìè íàñîñàìè, à òàêæå çàñëîíêó êðèîîò-
êà÷êè (9).  êàìåðå óñòàíàâëèâàëñÿ âàêóóì íå õóæå
10
–7
Òîðð. Äàëåå, â çàâèñèìîñòè îò çàäà÷è, ïîäëîæêà
îñòàâàëàñü îòêðûòîé èëè ïåðåêðûâàëàñü ïëàñòèí-
êîé (6).
630 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
1
2 3
4
4
44
4 5
5
5
5
6
7
8
9
10
10
1112
Ðèñ. 1. Ñõåìà âàêóóìíîé êàìåðû ýêñïåðèìåíòàëüíîé
óñòàíîâêè è èçìåðèòåëüíîé ÿ÷åéêè: 1 — êîðïóñ âàêóóì-
íîé êàìåðû; 2 — îñíîâàíèå âàêóóìíîé êàìåðû; 3 — ìèê-
ðîðåôðèæåðàòîð Ìàê-Ìàãîíà; 4 — îïòè÷åñêèå îêíà; 5 —
ñâåòîâîäû; 6 — çàùèòíàÿ ïëàñòèíà KBr; 7 — ïîäëîæêà;
8 — êðèîíàñîñ; 9 — çàñëîíêà; 10 — ìàãíèòîïðèâîä; 11 —
îïòè÷åñêîå îêíî KBr; 12 — çàùèòíûé êîæóõ.
Èçìåðåíèå ÈÊ ñïåêòðà îòðàæåíèÿ ïðîâîäèëè ïðè
ôèêñèðîâàííîé òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè. Ïîääåðæàíèå
òåìïåðàòóðû âûøå 16 Ê îñóùåñòâëÿëè ñ ïîìîùüþ íà-
ãðåâàòåëÿ. Âñå èçìåðåíèÿ ïðîâåäåíû â àâòîìàòè÷åñ-
êîì ðåæèìå ñ èñïîëüçîâàíèåì àíàëîãî-öèôðîâîãî
ïðåîáðàçîâàòåëÿ Å14–140. Ýòî òàêæå êàñàåòñÿ âñåõ ïî-
ñëåäóþùèõ èçìåðåíèé.
Ïîñëå èçìåðåíèÿ ÈÊ ñïåêòðîâ ñïåêòðîìåòð óñòà-
íàâëèâàëè íà ÷àñòîòå 3015 ñì
–1
è ïðîâîäèëè îäíîâðå-
ìåííûå èçìåðåíèÿ èçìåíåíèé ñèãíàëîâ èíòåðôåðî-
ìåòðà, âàêóóììåòðà è ëàçåðíîãî èíòåðôåðîìåòðà â
õîäå îòîãðåâà îáðàçöà ïðè âûêëþ÷åííîé ìèêðîêðèî-
ãåííîé ñèñòåìå. Ñêîðîñòü îòîãðåâà îáðàçöîâ ñîñòàâ-
ëÿëà Vann � 0,03 Ê/ñ â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 16– 60 Ê è
Vann. � 0,01 Ê/ñ ïðè òåìïåðàòóðàõ îò 60 Ê è âûøå. Ïðè
äîñòèæåíèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè áîëåå 165 Ê ïðåä-
îòâðàùåíèÿ èíòåíñèâíîãî èñïàðåíèÿ îáðàçöà îòêà÷êó
êàìåðû ïåðåêðûâàëè è ïîñëåäóþùèå èçìåðåíèÿ ïðî-
âîäèëè ïðè ðàâíîâåñíîì äàâëåíèè ãàçîâîé ôàçû.
3. Ðåçóëüòàòû
Öåëüþ ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé ÿâëÿëîñü íåïðå-
ðûâíîå â õîäå îòîãðåâà ïëåíêè ASW èçìåðåíèå âû-
áðàííûõ ïàðàìåòðîâ, èçìåíåíèå êîòîðûõ êîððåëèðóåò
ñ ïîëèàìîðôíûìè è ïîëèìîðôíûìè ïðåâðàùåíèÿìè â
îáðàçöå. Øèðîêî èçâåñòíà âçàèìîñâÿçü ìåæäó âèäîì
è ïîëîæåíèåì ïèêà ïîãëîùåíèÿ ΖÍ-ñâÿçè è ñòå-
ïåíüþ âîäîðîäîñâÿçàííîñòè ìîëåêóë âîäû, êîòîðàÿ
îïðåäåëÿåòñÿ ñòðóêòóðíûì ñîñòîÿíèåì ëüäà. ÈÊ ñïåê-
òðîìåòðèÿ ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç íàèáîëåå øèðîêî èñ-
ïîëüçóåìûõ èíñòðóìåíòîâ äëÿ àíàëèçà ïðîöåññîâ,
ïðîèñõîäÿùèõ â ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ ñèñòåìàõ. Â
íàñòîÿùåé ðàáîòå, êàê è âî ìíîãèõ ïðåäøåñòâóþùèõ
íàøèõ èññëåäîâàíèÿõ, ýòîò ìåòîä áûë äîïîëíåí èçìå-
ðåíèÿìè ïðè ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå ÈÊ ñïåêòðîìåò-
ðà. Ñî÷åòàíèå ýòèõ ìåòîäîâ äàåò ïðåäñòàâëåíèå îá èç-
ìåíåíèÿõ õàðàêòåðà è ïîëîæåíèÿ ïîëîñû âàëåíòíûõ
êîëåáàíèé è íåïðåðûâíóþ êàðòèíó ýòèõ èçìåíåíèé.
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû ÈÊ ñïåêòðû îáðàçöà ASW òîë-
ùèíîé 0,75 ìêì, îñàæäåííîãî ïðè òåìïåðàòóðå 16 Ê è
â äàëüíåéøåì îòîãðåòîãî äî òåìïåðàòóð 100, 150, 175
è 200 Ê, ïðè êîòîðûõ âêëþ÷àëàñü ñèñòåìà òåðìîñòà-
áèëèçàöèè. Ïðè ýòîì òîëùèíà ïëåíêè d = 0,75 ìêì,
òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè Ò =16 Ê, cêîðîñòü îòîãðåâà
Vann � 0,03 Ê/ñ â èíòåðâàëå 16–60 Ê è Vann � 0,01 Ê/ñ
ïðè Ò > 60 Ê. Íà ðèñ. 2,à íàíåñåíà ëèíèÿ ïîñòîÿííîé
÷àñòîòû, êîòîðàÿ íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóåò êà÷åñòâåí-
íîå èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ýòîé ÷àñ-
òîòå â õîäå îòîãðåâà.
Íà ðèñ. 2 âèäíî, ê êàêèì ñóùåñòâåííûì èçìåíåíè-
ÿì õàðàêòåðà è ïîëîæåíèÿ ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ ïðèâî-
äèò íàãðåâ ïëåíêè è ñîîòâåòñòâóþùèå ïðåâðàùåíèÿ â
íåé. Ñóùåñòâåííîå ñìåùåíèå âàëåíòíîé ïîëîñû ïî-
ãëîùåíèÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû â îáëàñòü áîëåå
íèçêèõ ÷àñòîò îçíà÷àåò óñèëåíèå ìåæìîëåêóëÿðíîãî
âçàèìîäåéñòâèÿ ïî ñåòè âîäîðîäíûõ ñâÿçåé. Ïðè ýòîì
î÷åâèäíîå ðàçëè÷èå â ñïåêòðàõ ASW16 Ê è ASW100 Ê
ìîæåò áûòü èíòåðïðåòèðîâàíî êàê ðàçëè÷íûå àìîð-
ôíûå ñîñòîÿíèÿ òâåðäîé âîäû.
ÈÊ ñïåêòðû ïëåíêè ïðè òåìïåðàòóðàõ 150 è 175 Ê
ïðàêòè÷åñêè èäåíòè÷íû è ìàêñèìàëüíî ñìåùåíû â äè-
àïàçîí áîëåå íèçêèõ ÷àñòîò. Ñ ïîëíûì îñíîâàíèåì
ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ýòè îáðàçöû íàõîäÿòñÿ â
êðèñòàëëè÷åñêîì (âîçìîæíî, Ic) ñîñòîÿíèè. Cëàáîå èõ
îòëè÷èå íåçíà÷èòåëüíî âëèÿåò íà ïîëîñó ïîãëîùåíèÿ
ΖÍ-ñâÿçè (ìåæìîëåêóëÿðíîå âçàèìîäåéñòâèå), è íè-
êàê íå ñêàçûâàåòñÿ íà âíóòðèìîëåêóëÿðíîì ïðîòîí-
íîì òóííåëèðîâàíèè (ëèáðàöèÿõ), êàê ýòî õîðîøî
âèäíî íà ðèñ. 2,á.
Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðèâîäèò ê
çíà÷èòåëüíîìó èçìåíåíèþ ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ. Ïðè
òåìïåðàòóðå 200 Ê ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ ΖÍ-ñâÿçè
ñìåùàåòñÿ â áîëåå âûñîêèå ÷àñòîòû ïðè óìåíüøåíèè
àìïëèòóäû ïîãëîùåíèÿ. Ïîñëåäíåå ÿâíî ñâÿçàíî ñ
÷àñòè÷íûì èñïàðåíèåì îáðàçöà, ÷òî îñîáåííî íàãëÿä-
íî ïðîÿâëÿåòñÿ â ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèÿõ (ðèñ. 2,á).
Òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5 631
1200 1800 2400 3000 3600 4200
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
T = 150 K
T = 200 K
T = 175 K
T = 100 K
� = 3015 ñì
–1
T = 16 K
×àñòîòà, ñì
–1
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
à
400 600 800 1000 1200 1400
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
T = 200 K
T = 150 KT = 100 K
T = 16 K
T = 175 K
×àñòîòà, ñì
–1
Î
òð
àæ
àò
åë
ü
í
àÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü
,
ó
ñë
.
åä
.
á
Ðèñ. 2. ÈÊ ñïåêòðû ïëåíêè ASW è êðèñòàëëè÷åñêèõ îá-
ðàçöîâ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ â èíòåðâàëå ÷àñòîò,
ñì
–1
: 1200–4200 (à), 400–1400 (á).
À âîò ñìåùåíèå ïîëîñû è èñ÷åçíîâåíèå òîíêîé ñòðóê-
òóðû, õàðàêòåðíîé äëÿ êðèñòàëëè÷åñêèõ îáðàçöîâ,
âîçìîæíî, ñâÿçàíî ñ ïðîöåññàìè ïåðåêîíäåíñàöèè
àìîðôíîå–êðèñòàëëè÷åñêîå ñîñòîÿíèå âñëåäñòâèå áî-
ëåå âûñîêîãî äàâëåíèÿ íàñûùåííûõ ïàðîâ ó àìîðô-
íîé ôàçû [26,27].
Àíàëèç ðèñ. 2 ïðèâîäèò ê åñòåñòâåííîìó æåëàíèþ
îïðåäåëèòü áîëåå òî÷íî òåìïåðàòóðû íàáëþäàåìûõ
èçìåíåíèé è ñîîòâåòñòâóþùèõ èì ñòðóêòóðíûõ ïðå-
âðàùåíèé. Ðåçóëüòàòû òàêèõ èçìåðåíèé ïðèâåäåíû íà
ðèñ. 3 è 4. Îäíàêî, ïðåäâàðÿÿ èõ äåòàëüíîå îáñóæ-
äåíèå, îòìåòèì ñëåäóþùåå. Äàííûå, ïðèâåäåííûå
íà ðèñ. 2 è ðèñ. 4 îòíîñÿòñÿ ê îäíîìó è òîìó æå
ýêñïåðèìåíòó. Ìû íå ìîãëè îäíîâðåìåííî èçìåðÿòü è
ÈÊ ñïåêòðû, è îòîãðåâ íà ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå. Òà-
êèì îáðàçîì, ðèñ. 2 äàåò òîëüêî êà÷åñòâåííîå ïðåä-
ñòàâëåíèå î âîçìîæíûõ èçìåíåíèÿõ ñïåêòðîâ îòðàæå-
íèÿ â õîäå îòîãðåâà ASW. Êðîìå òîãî, ïðîâåäåííûå
íàìè ñïåöèàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ñòàáèëüíîñòè ïðî-
öåññîâ îòîãðåâà ïîêàçàëè ñëåäóþùåå. Îáðàçöû ASW
îäíîé è òîé æå òîëùèíû, îáðàçîâàííûå ïðè îäèíàêî-
âûõ (ñ ó÷åòîì ýêñïåðèìåíòàëüíûõ âîçìîæíîñòåé)
óñëîâèÿõ, ìîãóò èìåòü ðàçëè÷íûé õàðàêòåð îòîãðåâà.
Ìû ïîëàãàåì, ÷òî ýòî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ñòîõàñòè-
÷åñêîãî õàðàêòåðà ôîðìèðîâàíèÿ îáðàçöîâ ïðè íèç-
êèõ òåìïåðàòóðàõ, ÷òî ñêàçûâàåòñÿ íà ñîîòíîøåíèè
ìåæäó êóáè÷åñêèìè è ãåêñàãîíàëüíûìè êðèñòàëëèòà-
ìè â «ìàòðèöå» àìîðôíîé òâåðäîé âîäû [1,2,28].
Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû îäíîãî èç òàêèõ
ýêñïåðèìåíòîâ, êîòîðûå â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè ìîæ-
íî ñðàâíèâàòü ñ ïðåäñòàâëåííûìè íà ðèñ. 2 ÈÊ ñïåêò-
ðàìè. Íåñìîòðÿ íà áëèçîñòü óñëîâèé êîíäåíñàöèè (íå-
çíà÷èòåëüíî îòëè÷àþòñÿ òîëüêî ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ),
õàðàêòåð îòîãðåâà â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 60 Ê äî
òåìïåðàòóðû «ñòåêëîïåðåõîäà» ðàçëè÷àåòñÿ. Íàõî-
äÿñü â ðàìêàõ ïðåäïîëîæåíèé è òåðìèíîëîãèè, âûäâè-
íóòûõ P. Jenniskens ñ ñîòðóäíèêàìè, ìîæíî ñêàçàòü,
÷òî â îäíîì èç ýêñïåðèìåíòîâ (Vc = 0,03 ìêì/c) ïåðå-
õîä îò íèçêîïëîòíîãî àìîðôíîãî ñîñòîÿíèÿ ê çàòîð-
ìîæåííîìó ñîñòîÿíèþ (ra) íà÷èíàåòñÿ çíà÷èòåëüíî
ðàíüøå, à äàëüíåéøèå ïðåâðàùåíèÿ ïðîõîäÿò áîëåå
ïëàâíî, ÷åì äëÿ ïëåíêè, îáðàçîâàííîé ñî ñêîðîñòüþ
Vc = 0,02 ìêì/c. Ïðè ýòîì ìû óáåæäåíû, ÷òî ýòî îáñòî-
ÿòåëüñòâî íå ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ðàçëè÷èÿ â ñêîðîñ-
òÿõ êðèîîñàæäåíèÿ, à óêàçàíèÿ íà ñêîðîñòè èñïîëüçî-
âàíû äëÿ èäåíòèôèêàöèè êðèâûõ ïî òåêñòó. Îáå
êðèâûå ìîæíî ðàçäåëèòü óñëîâíî íà íåñêîëüêî òåìïå-
ðàòóðíûõ èíòåðâàëîâ, â ãðàíèöàõ êîòîðûõ ïîâåäåíèå
îáðàçöîâ åäèíîîáðàçíî.
Èíòåðâàë 16–36 Ê — ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå ñèãíàëà
èíòåðôåðîìåòðà, ò.å. ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ íå ìåíÿåò
ïîëîæåíèÿ è ôîðìû.
Èíòåðâàë 40–60 Ê — ñëàáîå ïîñòåïåííîå óâåëè÷å-
íèå ñèãíàëà, ÷òî ìîæåò ñâèäåòåëüñòâîâàòü î íåçíà÷è-
òåëüíîì ñóæåíèè ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ.
Èíòåðâàë îò 60 Ê äî � 70–90 Ê — îáðàçåö ñóùåñò-
âåííî íå ìåíÿåòñÿ.
Èíòåðâàëû 90–110 Ê è 110–135 Ê ñîîòâåòñòâóþò
äâóì ðåæèìàì ñìåùåíèÿ ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ â áîëåå
íèçêèå ÷àñòîòû.
Ò = 137 Ê — ïåðåõîä ñòåêëîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå–
ñâåðõâÿçêàÿ æèäêîñòü.
Èíòåðâàë 142–190 Ê — îòñóòñòâèå èçìåíåíèé.
Èíòåðâàë 190–220 Ê — ñóáëèìàöèîííî-ïåðåêîí-
äåíñàöèîííûå ïðîöåññû.
Åùå â áîëüøåé ñòåïåíè ðàçëè÷àþòñÿ îò äàííûõ
ðèñ. 3 êðèâûå îòîãðåâà, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 4.
Îäíàêî â íàñòîÿùåé ñòàòüå íå ñðàâíèâàëè êðèâûå îòî-
ãðåâà, îáðàçîâàííûå ïðè ïðèìåðíî îäèíàêîâûõ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ óñëîâèÿõ. Ýòè èññëåäîâàíèÿ ïðåäñòàâ-
ëåíû â [29]. Â äàííûõ èññëåäîâàíèÿõ ìû àêöåíòèðóåì
âíèìàíèå íà àíàëèçå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé òåðìî-
ñòèìóëèðîâàííûõ ïðåâðàùåíèé â ASW, îñóùåñòâëåí-
íûõ îäíîâðåìåííî ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè.
Èòàê, íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíû äàííûå, ïîëó÷åííûå â
õîäå îòîãðåâà îáðàçöîâ ASW, êîíäåíñèðîâàííûõ ïðè
òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè 16 Ê â ðåæèìå «background
condensation». Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû äâóõ ýêñïå-
ðèìåíòîâ, îòëè÷àþùèõñÿ ñêîðîñòüþ êðèîêîíäåíñà-
öèè. Òîëùèíà îáðàçöîâ ñîñòàâëÿëà 0,75 ìêì. Âåðõíèå
äâå êðèâûå îòîáðàæàþò èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåê-
òðîìåòðà íà ÷àñòîòå 3015 ñì
–1
(ëåâàÿ êîîðäèíàòà).
Íèæíèå êðèâûå ñîîòâåòñòâóþò âåðõíèì êðèâûì èçìå-
íåíèÿ äàâëåíèÿ â âàêóóìíîé êàìåðå â õîäå îòîãðåâà
îáðàçöîâ (ïðàâàÿ îñü — äàííûå, êîòîðûå íîðìèðîâà-
íû ïî íà÷àëüíîìó äàâëåíèþ â êàìåðå, ñîñòàâëÿþùåìó
10
–7
Òîðð, ïðè Ò = 16 Ê). Â ïðàâîì íèæíåì óãëó íà
âñòàâêå ïðèâåäåíî èçìåíåíèå äàâëåíèÿ â êàìåðå ïðè
âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, ïðåäøåñòâóþùèõ ñóáëèìàöèè
632 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
2
4
6
8
Ñ
è
ãí
àë
è
í
òå
ð
ô
åð
î
ì
åò
ð
à,
ó
ñë
.
åä
.
Vc = 0,02 ìêì/ñ
Vc = 0,03 ìêì/ñ
�íàáë.= 3015 –1
ñì
Ò, K
Tg = 137 K
Ðèñ. 3. Èçìåíåíèå ñèãíàëà èíòåðôåðîìåòðà ïðè îòîãðåâå
òîíêèõ ïëåíîê ASW òîëùèíîé d = 0,75 ìêì, îáðàçîâàí-
íûõ ïðè òåìïåðàòóðå êîíäåíñàöèè Ò =16 Ê. ×àñòîòà íà-
áëþäåíèÿ �obs = = 3015 ñì
–1
, âðåìÿ îòîãðåâà � = 6 ÷àñ.
îáðàçöà. Âñå äàííûå ïîëó÷åíû ïðè îòêðûòîé ïîä-
ëîæêå, ò.å. çàùèòíàÿ ïëàñòèíà (6) èç KBr îòâåäåíà â
ñòîðîíó (ðèñ. 1). Â öåíòðå êðóæêàìè äëÿ ñðàâíåíèÿ
îòìå÷åíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé, ïðîâåäåííûõ
P. Jenniskens ñ ñîòðóäíèêàìè â [1–3] (ëåâàÿ îñü êîîð-
äèíàò â óñëîâíûõ åäèíèöàõ). Ñîêðàùåíèÿìè hda, lda,
ra, Ic, Ih îáîçíà÷åíû ïðèáëèçèòåëüíûå òåìïåðàòóðíûå
îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ âûñîêîïëîòíûõ ôîðì àìîðô-
íûõ ëüäîâ, íèçêîïëîòíûõ àìîðôíûõ ëüäîâ, çàòîðìî-
æåííîãî, êóáè÷åñêîãî è ãåêñàãîíàëüíîãî êðèñòàëëè-
÷åñêîãî ñîñòîÿíèé ñîîòâåòñòâåííî. Tg — òåìïåðàòóðà
ïåðåõîäà ñòåêëîîáðàçíîãî àìîðôíîãî ëüäà â ñîñòîÿ-
íèå ñâåðõâÿçêîé ñóïåðïåðåîõëàæäåííîé æèäêîñòè.
Ïðåæäå íåîáõîäèìî ïðîÿñíèòü ñèòóàöèþ ñ äåñîðá-
öèîííûìè êðèâûìè, â ÷àñòíîñòè, ñ ïðîèñõîæäåíèåì
ïåðâûõ äâóõ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ïèêîâ. Ïðîâåäåí-
íûå íàìè ñïåöèàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî
îíè ñóùåñòâóþò âíå çàâèñèìîñòè îò òîãî, èìååòñÿ ëè
íà ïîäëîæêå ïëåíêà ASW èëè ïîäëîæêà ÷èñòàÿ. Ìû
ñêëîííû ñîãëàñèòüñÿ ñ ìíåíèåì, èçëîæåííûì â [30],
÷òî ýòè äâà ïèêà îòðàæàþò ïðîöåññ äåñîðáöèè àçîòà ñ
ïîâåðõíîñòè êðèîñòàòà è ÷àñòè÷íî ñ ïîâåðõíîñòè
ëüäà. Ïåðâûé ïèê (Òmax � 26 Ê) ñîîòâåòñòâóåò äåñîðá-
öèè ïîëèñëîåâ àçîòà, à âòîðîé (Òmax � 34 Ê) ñâÿçàí ñ
äåñîðáöèåé ìîíîñëîÿ àçîòà. Äîñòàòî÷íî ðåçêîå ðàçäå-
ëåíèå ýòèõ ïèêîâ ãîâîðèò î äåòåðìèíèðîâàííîñòè
ýíåðãèé àêòèâàöèè äåñîðáöèè ìîíîñëîÿ è ïîëèñëîåâ
àçîòà.
Òðåòèé äåñîðáöèîííûé ïèê ñ ìàêñèìóìîì ïðè
Tmax � 42 Ê — ðåçóëüòàò îñâîáîæäåíèÿ îáðàçöà îò
àçîòà. Ìû ñ÷èòàåì, ÷òî ýòîò ïðîöåññ íåëüçÿ â ïîëíîé
ìåðå õàðàêòåðèçîâàòü êàê äåñîðáöèþ (õîòÿ â äàëüíåé-
øåì ìû áóäåì ýòèì òåðìèíîì ïîëüçîâàòüñÿ). Ñêîðåå
âñåãî, ìîëåêóëû àçîòà áûëè çàõâà÷åíû ñëîÿìè ëüäà â
ïðîöåññå ðîñòà ïëåíêè, ò.å. â íàøåì ñëó÷àå ìîëåêóëû
àçîòà îñòàòî÷íûõ ãàçîâ èììîáèëèçèðîâàíû â êðèî-
ìàòðèöå âîäû. Ïðè÷åì, äàííàÿ ñèñòåìà ÿâëÿåòñÿ
ñóùåñòâåííî ìåòàñòàáèëüíîé, òàê êàê ìàêñèìóì äå-
ñîðáöèè ñîîòâåòñòâóåò ñàìîìó íà÷àëó íèçêîòåìïåðà-
òóðíûõ ïðåâðàùåíèé â ASW.
Èòàê, ïåðåéäåì ê íåïîñðåäñòâåííîìó àíàëèçó äàí-
íûõ, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 4. Ñðàâíèì èçìåíåíèÿ ñèã-
íàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå 3015 ñì
–1
è ïîêàçà-
íèÿ âàêóóììåòðà ñ äàííûìè ñòðóêòóðíûõ èçìåðåíèé
[1–3], ïðåäñòàâëÿþùèõ ñîáîé èçìåíåíèå èíòåíñèâíîñ-
òè äèôðàêöèîííîãî ìàêñèìóìà, ñâÿçàííîãî ñ àìîðôíîé
ôàçîé. Âèäíî, ÷òî ýòè ðåçóëüòàòû íàõîäÿòñÿ â ïðåêðàñ-
íîì ñîãëàñîâàíèè, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü ñäåëàòü ñëå-
äóþùèå çàêëþ÷åíèÿ, îïèðàþùèåñÿ íà äàííûå P. Jen-
niskens ñ ñîòðóäíèêàìè.
1. Â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 16 Ê äî 36–40 Ê èñ-
ñëåäóåìûå îáðàçöû íàõîäÿòñÿ â hda-ñîñòîÿíèè. Äàëü-
íåéøåå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû â èíòåðâàëå 40–60 Ê
ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîñòåïåííûì ïåðåõîäîì îò hda ê lda.
Ñàìîìó íà÷àëó ýòîãî ïåðåõîäà ñîîòâåòñòâóåò íàñòóï-
ëåíèå ïðîöåññà äåñîðáöèè (Ò = 36 Ê), ìàêñèìóì êîòî-
ðîãî ñîîòâåòñòâóåò òåìïåðàòóðå 42 Ê. Äàëüíåéøåå ïî-
âûøåíèå òåìïåðàòóðû ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîñòåïåííûì
ñïàäîì äåñîðáöèîííîãî ïèêà, êîòîðûé çàâåðøàåòñÿ
ïðè Ò � 63 Ê, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ êàê ñ íàøèìè ÈÊ
èçìåðåíèÿìè, òàê è ñ äàííûìè P. Jenniskens. Ïîëàãà-
åì, ÷òî íàáëþäàåìûé ïðîöåññ äåñîðáöèè ñâÿçàí ñ âîç-
íèêíîâåíèåì ïîð â íèçêîïëîòíûõ àìîðôíûõ ïëåíêàõ
âîäû, ÷åðåç êîòîðûå êðèîçàõâà÷åííûå ìîëåêóëû àçîòà
âûõîäÿò èç îáúåìà îáðàçöà ê åãî ïîâåðõíîñòè è
äåñîðáèðóþòñÿ. Íåáîëüøîé ìèíèìóì ïðè Ò = 63 Ê
ìîæíî ñâÿçàòü ñ òåì, ÷òî â ïðîöåññå îäíîâðåìåííîãî
îáðàçîâàíèÿ ïîð è äèôôóçèè àçîòà ïî íèì ÷àñòü àçîòà
ñîðáèðóåòñÿ íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè ýòèõ ïîð.
Ïðè çàâåðøåíèè ïåðåõîäà îò hda ê lda ïðè Ò = 70 Ê äîñ-
òèãàåòñÿ ðàâíîâåñíîå ñîñòîÿíèå ìåæäó ñîðáåíòîì è
ñîðáàòîì.
2. Êàê âèäíî íà ðèñ. 4, â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð
70–120 Ê îòñóòñòâóþò ÿðêèå ïðèçíàêè ïðåâðàùåíèé â
àìîðôíîì ñîñòîÿíèè ëüäîâ. Âìåñòå ñ òåì ñóùåñòâóþò
íåêèå îñîáåííîñòè, êîòîðûå ìîæíî èíòåðïðåòèðî-
âàòü, êàê îòêëèê íà òðàíñôîðìàöèè â ñëîå.  ÷àñòíîñ-
òè, âáëèçè òåìïåðàòóðû 90 Ê íèæíÿÿ êðèâàÿ ñèãíàëà
ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà÷èíàåò ïîñòåïåííî îïóñêàòüñÿ
âíèç, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïëàâíîìó ñìåùåíèþ âàëåíò-
íîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòü áîëåå íèçêèõ ÷àñ-
òîò. Ýòî æå, íî â çíà÷èòåëüíî áîëåå ðåçêîé ôîðìå,
ìîæíî íàáëþäàòü íà ðèñ. 3. Ñ ýòèìè äàííûìè ìîæíî
ñâÿçàòü è íàëè÷èå íåáîëüøîãî ìàêñèìóìà (Ò = 90 Ê) â
äàííûõ P. Jenniskens. Êðîìå òîãî, êðèâûå äåñîðáöèè,
Òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5 633
20 60 100 140 180 220
1,6
2,0
2,4
2,8
3,2
3,6
4,0
4,4
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
V =c 0,5 íì/ñ
V =c 1,5 íì/ñ
V =c 0,5 íì/ñ
Ic
ra
lda
P
,
1
0
T
o
ð
ðhda
Ih
V =c 1,5 íì/ñ
T = 136Kg
2·10
–34·10
–3
P, Toðð
V = 0,03 ìêì/ñc
Ò, K
1
2
3
–
7
Ñ
è
ãí
àë
È
Ê
ñï
åê
òð
î
ì
åò
ð
à,
ó
ñë
.
åä
.
Ðèñ. 4. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà ïðè îòîãðåâå
ïëåíêè ASW òîëùèíîé d = 0,75 ìêì, îáðàçîâàííîé ïðè
òåìïåðàòóðå êîíäåíñàöèè Ò = 16 Ê. Èçìåíåíèå ñèãíàëà íà
÷àñòîòå � = 3015 ñì
–1
(1); ñðàâíåíèå ñ äàííûìè [1–3] (2);
òåðìîäåñîðáöèîííûå êðèâûå ASW (íîðìèðîâàíû ïî íà-
÷àëüíîìó äàâëåíèþ Ð = 10
–7
Òîðð) (3). Âñòàâêà â ïðàâîì
íèæíåì óãëó – èçìåíåíèå äàâëåíèÿ ïðè âîçìîæíîé ïåðå-
êîíäåíñàöèè àìîðôíîå ñîñòîÿíèå–êðèñòàëë.
ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 6, òàêæå èìåþò âïîëíå âûðàæåí-
íûé ìàêñèìóì ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ.
3. Îáëàñòü òåìïåðàòóð âáëèçè òåìïåðàòóðû ñòåêëî-
ïåðåõîäà Òg � 136 Ê. Â ýòîì äèàïàçîíå íàáëþäàþòñÿ
ðåçêèå èçìåíåíèÿ âñåõ íàáëþäàåìûõ ïàðàìåòðîâ. Ïî-
êàçàíèÿ ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå 3015 ñì
–1
ðåçêî
óìåíüøàþòñÿ, ÷òî îçíà÷àåò ñóùåñòâåííîå óøèðåíèå
âàëåíòíîé ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ è ñìåùåíèå åå â îá-
ëàñòü áîëåå íèçêèõ ÷àñòîò, ò.å. ðåçêîå óâåëè÷åíèå ñòå-
ïåíè âîäîðîäîñâÿçàííîñòè.
Íà÷àëó ñòåêëîïåðåõîäà îäíîçíà÷íî ñîîòâåòñòâóåò
âîçðàñòàíèå äàâëåíèÿ â êàìåðå, ìàêñèìóì êîòîðîãî
äîñòèãàåò ïðè Ò �138 Ê. Ýòîò ïèê ñâÿçàí, ñêîðåå âñåãî,
ñ ðåçêèì óìåíüøåíèåì ñòåïåíè ïîðèñòîñòè ëüäà ïðè
ïðåâðàùåíèè ASW â ñóïåðâÿçêóþ æèäêîñòü, ÷òî ïðè-
âîäèò ê âûòåñíåíèþ àçîòà, ñîðáèðîâàííîãî íà âíóò-
ðåííèõ ïîâåðõíîñòÿõ ïîð. Ðàññìàòðèâàåìûå â ýòîé îá-
ëàñòè òåìïåðàòóð ïðîöåññû íàõîäÿòñÿ â ïðåêðàñíîì
ñîãëàñîâàíèè ñ äàííûìè P. Jenniskens.
4. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïî äàííûì ÈÊ ñïåê-
òðîìåòðà ïðîöåññ ïðåâðàùåíèÿ ñòåêëîîáðàçíîãî ñî-
ñòîÿíèÿ â êâàçèæèäêîå èìååò î÷åâèäíûé ñòóïåí÷àòûé
õàðàêòåð. Ìû ýòî îòìå÷àëè â áîëüøîì ÷èñëå ýêñïåðè-
ìåíòîâ. Íà ðèñ. 4 ýòî îñîáåííî ÿðêî äåìîíñòðèðóåòñÿ
â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 146–150 Ê äî � 165 Ê. Âîç-
ìîæíî, ýòî ñâÿçàíî ñ äîñòàòî÷íî óñòîé÷èâûì ñóùåñ-
òâîâàíèåì â ýòîé îáëàñòè ñóïåðâÿçêîé æèäêîñòè
[3,31] ñ «ðàñòâîðåííûìè» â íåé çàðîäûøàìè êóáè÷åñ-
êîé è ãåêñàãîíàëüíîé ôàç ëüäà [1,2]. Ðîñò êóáè÷åñêîé
ôàçû òîðìîçèòñÿ íàëè÷èåì ýíåðãåòè÷åñêè áîëåå âû-
ãîäíûõ, íî «ïåðåîõëàæäåííûõ» ãåêñàãîíàëüíûõ çàðî-
äûøåé. Ýòî ñîñòîÿíèå P. Jenniskens [1,2] îïðåäåëÿåò,
êàê «restrained amorphous».
5. Âûøå Ò � 165 Ê íàáëþäàåòñÿ ðåçêèé ïåðåõîä, êî-
òîðûé ìû èíòåðïðåòèðóåì êàê ÷àñòè÷íîå ïðåâðàùå-
íèå ra-ñîñòîÿíèÿ â êóáè÷åñêóþ ìîäèôèêàöèþ êðèñ-
òàëëè÷åñêîãî ëüäà. Äàëåå äî òåìïåðàòóðû Ò �
� 180–185 Ê ýòî ñîñòîÿíèå îñòàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèç-
ìåííûì, à âîò ïîñëåäóþùåå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû
ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåçêèìè èçìåíåíèÿìè çíà÷åíèé ñèã-
íàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà. Óâåëè÷åíèå ñèãíàëà íà÷èíàåò-
ñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ îò 180 äî 185 Ê è äîñòèãàåò ìàê-
ñèìóìà äëÿ ðàññìàòðèâàåìûõ êðèâûõ ïðè 187 è 190 Ê.
Äàëåå íàáëþäàåòñÿ ðåçêèé ñïàä è îòíîñèòåëüíàÿ ñòà-
áèëèçàöèÿ äî òåìïåðàòóðû îêîëî 200 Ê. Ïðè Ò > 200 Ê
îáðàçåö íà÷èíàåò èñïàðÿòüñÿ. Íàáëþäàåìûé ïðîöåññ
ñîïðîâîæäàåòñÿ óâåëè÷åíèåì äàâëåíèÿ â êàìåðå ñ ïî-
ñëåäóþùèì åãî óìåíüøåíèåì.
Ðàññìàòðèâàåìàÿ ñîâîêóïíîñòü ýêñïåðèìåíòàëü-
íûõ äàííûõ ìîæåò áûòü èíòåðïðåòèðîâàíà ñëåäóþ-
ùèì îáðàçîì. Íåîäíîðîäíàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç
àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ, îáëàäàåò
ðàçëè÷íûìè ïàðöèàëüíûìè çíà÷åíèÿìè ðàâíîâåñíûõ
äàâëåíèé. Ïî äàííûì [32] ýíåðãèè àêòèâàöèè äåñîðá-
öèè àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ êðèîêîíäåíñàòîâ
âîäû ðàâíû 46,9 è 48,3 êÄæ/ìîëü ñîîòâåòñòâåííî. Òîã-
äà íàáëþäàåìîå ïîâåäåíèå êðèâîé îòîãðåâà ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì ïåðåêîíäåíñàöèè àìîðôíîé ñîñòàâëÿþ-
ùåé â êðèñòàëëè÷åñêóþ. Òàê êàê ðàâíîâåñíîå äàâëå-
íèå àìîðôíîé êîìïîíåíòû âûøå êðèñòàëëè÷åñêîé, òî
ýòî ïðèâîäèò ê ïåðâîî÷åðåäíîìó åå èñïàðåíèþ, ÷òî
ñîïðîâîæäàåòñÿ êàê óìåíüøåíèåì òîëùèíû ïëåíêè,
òàê è óâåëè÷åíèåì ñòåïåíè åå ïðîçðà÷íîñòè (ðîñò ñèã-
íàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà). Ñóáëèìàöèÿ ìîëåêóë àìîð-
ôíîé âîäû âûçûâàåò óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ â êàìåðå
(ïðàâàÿ íèæíÿÿ âñòàâêà ðèñ. 4). Ââèäó äîñòàòî÷íî
áîëüøèõ ðàçìåðîâ êàìåðû ïðîöåññ èñïàðåíèÿ àìîðô-
íîé ñîñòàâëÿþùåé ðàçäåëåí âî âðåìåíè ñ ïðîöåññîì
åå ïåðåêîíäåíñàöèè â êðèñòàëëè÷åñêóþ, âèäèìî, ãåê-
ñàãîíàëüíóþ ôàçó.
Äëÿ ïðîâåðêè ðàññìàòðèâàåìûõ ïîëîæåíèé íàìè
áûëà ïðîâåäåíà ñåðèÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ çàêðûòîé çà-
ùèòíîé ïëàñòèíêîé (6) èç KBr (ðèñ. 1). Ïðåäïîëàãà-
ëîñü, ÷òî â çàìêíóòîì ïðîñòðàíñòâå ïîäëîæêà—ïëàñ-
òèíêà ïðîöåññû èñïàðåíèÿ àìîðôíîé ñîñòàâëÿþùåé è
åå ïåðåêîíäåíñàöèè â êðèñòàëëè÷åñêóþ ôîðìó áóäóò
ïðîòåêàòü ïðàêòè÷åñêè îäíîâðåìåííî. Ýòî, ñ îäíîé
ñòîðîíû, äîëæíî çàòÿíóòü ïðîöåññ èñïàðåíèÿ îáðàçöà
â öåëîì, ñ äðóãîé ñòîðîíû, îñîáåííîñòè â èíòåðâàëå
òåìïåðàòóð 180–200 Ê (ðèñ. 4) äîëæíû èñ÷åçíóòü. Ýòè
äàííûå ïðèâåäåíû íà ðèñ. 5. Âèäíî, ÷òî íàøè ïðåäïî-
ëîæåíèÿ îòíîñèòåëüíî ïåðåêîíäåíñàöèîííûõ ïèêîâ
ïîäòâåðäèëèñü. Áîëåå òîãî, ñ ïåðåêðûòîé ïîäëîæêîé
ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíûì ñòóïåí÷àòûé õàðàêòåð ïðåâðà-
ùåíèé ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå Òg. Ýòî ñâÿçàíî, ñêîðåé
âñåãî, ñ òåì, ÷òî äëÿ ìàëîãî îáúåìà ïëåíêà ñîäåðæèò
äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî âåùåñòâà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ
ðàâíîâåñíîãî çíà÷åíèÿ äàâëåíèÿ ãàçîâîé ôàçû â áîëåå
øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð.
634 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
10,5
îòêðûòàÿ
ïîäëîæêà
çàêðûòàÿ ïîäëîæêà
Ò, K
Ñ
è
ãí
àë
È
Ê
ñï
åê
òð
î
ì
åò
ð
à,
ó
ñë
.
åä
.
Ðèñ. 5. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå
3015 ñì
–1
â ïîëîæåíèè ñ îòêðûòîé è çàêðûòîé ïîäëîæêîé.
Òîëùèíà ïëåíêè d = 0,75 ìêì, òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè
Ò = 16 Ê, ñêîðîñòü êîíäåíñàöèè Vc = 0,5 íì/ñ.
Áîëåå äåòàëüíî áûëè ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ ïðî-
öåññîâ äåñîðáöèè â ïëåíêàõ êðèîêîíäåíñàòîâ âîäû,
îáðàçîâàííûõ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ. Ýòè äàí-
íûå ìîãóò êîñâåííî ïðåäîñòàâèòü èíôîðìàöèþ î
ñòðóêòóðå ïëåíêè, âêëþ÷àÿ ñîñòîÿíèå åå ïîâåðõíîñòè.
Èññëåäîâàëè îáðàçöû ðàâíîé òîëùèíû (d = 0,75 ìêì).
Îíè îáðàçîâûâàëèñü ïðè óêàçàííûõ òåìïåðàòóðàõ,
ïîñëå ÷åãî çàùèòíàÿ ïëàñòèíà (6) (ðèñ. 1) ïåðåêðûâàëà
ïîäëîæêó, è â òàêîì ñîñòîÿíèè îáðàçåö îõëàæäàëñÿ äî
Ò = 16 Ê . Ïîñëå ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû è âûäåðæ-
êè â òå÷åíèå 10 ìèí çàùèòíóþ ïëàñòèíêó óáèðàëè, è
íà÷èíàëñÿ ïðîöåññ îòîãðåâà ñ îäíîâðåìåííûì èçìåðå-
íèåì òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ â êàìåðå. Îòêà÷êà êàìå-
ðû ïðè ýòîì óìåíüøàëàñü íàñòîëüêî, ÷òîáû íà÷àëüíîå
äàâëåíèå (10
–7
Òîðð) íå ïîâûøàëîñü. Ïî äîñòèæåíèè
òåìïåðàòóðû 165 Ê îòêà÷êó êàìåðû ïîëíîñòüþ ïåðå-
êðûâàëè.
Íà ðèñ. 6 è 7 ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàí-
íûå ïî çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ â êàìåðå (íîðìèðîâàíî
ïî íà÷àëüíîìó äàâëåíèþ Ð = 10
–7
Òîðð) îò òåìïå-
ðàòóðû ïîäëîæêè ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ êîí-
äåíñàöèè. Äëÿ ñðàâíåíèÿ íà ðèñóíêàõ ïðèâåäåíû ðå-
çóëüòàòû òåðìîäåñîðáöèè ïîäëîæêè, ñâîáîäíîé îò
êðèîêîíäåíñàòà. Äàííûå ñãðóïïèðîâàíû ïî äâóì èí-
òåðâàëàì òåìïåðàòóð êîíäåíñàöèè.
Ïåðâûé èíòåðâàë (ðèñ. 6) 16–70 Ê õàðàêòåðèçóåòñÿ
íàëè÷èåì ÷åòûðåõ ÿðêî âûðàæåííûõ äåñîðáöèîííûõ
ìàêñèìóìîâ è îäíîãî ñëàáîãî óâåëè÷åíèÿ äàâëåíèÿ.
Ïåðâûå äâà ìàêñèìóìà ïðè Ò = 24 è 34 Ê ñîîòâåòñòâó-
þò äåñîðáöèè ïîâåðõíîñòíûõ ïîëè- è ìîíîñëîåâ àçî-
òà. Êàê óæå îòìå÷àëîñü, ýòè ïèêè åñòü âñåãäà, âêëþ÷àÿ
îïûòû ñ ÷èñòîé ïîäëîæêîé. Òðåòèé ðåçêèé ïèê ñ ìàê-
ñèìóìîì ïðè Ò = 42 Ê ñîîòâåòñòâóåò ïðîöåññó äåñîð-
áöèè àçîòà ÷åðåç âîçíèêàþùèå ïîðû â ðåçóëüòàòå ïå-
ðåõîäà îò âûñîêîïëîòíîãî àìîðôíîãî ñîñòîÿíèÿ ê
íèçêîïëîòíîìó. Ïðè ýòîì ïðîöåññ äåñîðáöèè äîñòèãà-
åò ìàêñèìóìà â ñàìîì íà÷àëå ýòîãî ïåðåõîäà, ÷òî ãîâî-
ðèò î ñóùåñòâåííî íåóñòîé÷èâîì ðàâíîâåñèè ìåæäó
ìîëåêóëàìè àçîòà è hda-ìàòðèöåé ïðè ýòèõ òåìïåðàòó-
ðàõ. Êðîìå òîãî, íàáëþäàåòñÿ ñëàáîå ñìåùåíèå â áî-
ëåå íèçêèå òåìïåðàòóðû ìàêñèìóìà äåñîðáöèè ïðè
ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû êîíäåíñàöèè. Íàïðèìåð,
ïðè òåìïåðàòóðå êîíäåíñàöèè Òñ = 16 Ê ïîëîæåíèå
ìàêñèìóìà îïðåäåëÿåòñÿ òåìïåðàòóðîé Òmax= 42,7 Ê,
â òî âðåìÿ êàê äëÿ îáðàçöà, êîíäåíñèðîâàííîãî ïðè
Òñ = 70 Ê, Òmax = 40,3 Ê. ×òî êàñàåòñÿ àìïëèòóäû ïèêà
äåñîðáöèè, òî äëÿ äàííûõ óñëîâèé îíà ìåíÿåòñÿ î÷åíü
íåçíà÷èòåëüíî â ñòîðîíó óìåíüøåíèÿ ñ ðîñòîì òåìïå-
ðàòóðû êîíäåíñàöèè.
 èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 80–100 Ê ðàññìàòðèâàå-
ìûå êðèâûå èìåþò íåáîëüøîé ìàêñèìóì, êîòîðûé
ìîã áû áûòü âîñïðèíÿò êàê ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé,
åñëè áû íå åãî ðåãóëÿðíîå ïðîÿâëåíèå. Âèäèìî, â
ASW ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ,
êîòîðûå, âìåñòå ñ òåì, íå âëèÿþò çàìåòíî íà ñòåïåíü
ïîðèñòîñòè. Ïðè ýòîì ìû çíàåì (ðèñ. 3), ÷òî ÈÊ èçìå-
ðåíèÿ ïðè ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå îáíàðóæèâàþò ïðè
ýòèõ òåìïåðàòóðàõ õàðàêòåðíûå è çíà÷èòåëüíûå èçìå-
íåíèÿ.
ßðêî âûðàæåííûå ìàêñèìóìû â îáëàñòè Ò � 140 Ê,
î÷åâèäíî, ñâÿçàíû ñ ïåðåõîäîì îò ñòåêëîîáðàçíîãî
ñîñòîÿíèÿ ASW â ñîñòîÿíèå ñâåðõâÿçêîé æèäêîñòè.
Çäåñü òàêæå íàáëþäàåòñÿ êîððåëÿöèÿ ìåæäó ïîëîæå-
íèåì ìàêñèìóìà è òåìïåðàòóðîé êîíäåíñàöèè. ×åì
âûøå òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè ïëåíîê, òåì íèæå òåì-
ïåðàòóðà ðàñïîëîæåíèÿ ìàêñèìóìà äåñîðáöèè. Ïðè
ýòîì íà÷àëî ïèêà ðàñïîëîæåíî ïðè îäíîé è òîé æå
òåìïåðàòóðå — 136 Ê, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò Òg = 136 Ê.
Êðîìå òîãî, òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè Ò = 70 Ê ÿâëÿåò-
ñÿ, âèäèìî, ìàêñèìàëüíîé, ïðè êîòîðîé îáíàðóæèâà-
åòñÿ ñëàáàÿ îñîáåííîñòü òåðìîäåñîðáöèè ïðè òåìïå-
ðàòóðå ñòåêëîïåðåõîäà. Ïðè ýòîì äåñîðáöèîííûé ïèê
ïðè Ò = 42 Ê, ñîîòâåòñòâóþùèé hda�lda-ïåðåõîäó,
åùå çíà÷èòåëåí.
Äëÿ âûÿñíåíèÿ õàðàêòåðà ïîâåäåíèÿ òåðìîäåñîðá-
öèîííîé êðèâîé â âûñîêîòåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå
êîíäåíñàöèè îáðàçöîâ íàìè áûëè ïðîâåäåíû èçìåðå-
íèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ êîíäåíñàöèè â èíòåðâàëå
100–165 Ê. Ýòè äàííûå ïðèâåäåíû íà ðèñ. 7.
Âèäíî, ÷òî íà ðèñóíêå îòñóòñòâóþò ïèêè, ñîîòâåò-
ñòâóþùèå ñòðóêòóðíûì èçìåíåíèÿì â ñëîå êðèîêîí-
äåíñàòà âîäû. Èìåþùèåñÿ äâà ïèêà ñîîòâåòñòâóþò äå-
ñîðáöèè ïîëèñëîåâ è ìîíîñëîÿ àçîòà ñ ïîâåðõíîñòè
êðèîñòàòà è ñîáñòâåííî ëüäà. Ïðàâäà, âèäíî, ÷òî ïîëî-
æåíèå ïåðâîãî ïèêà ñìåùåíî â áîëåå íèçêèå òåìïåðà-
òóðû, ìàêñèìóì åãî íàõîäèòñÿ ïðè Òmax � 20 Ê, ïî
ñðàâíåíèþ ñ Òmax � 24 Ê äëÿ áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóð
Òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5 635
20 40 60 80 100 120 140 160
0
12
16
20
24
4
28
8
Ð
/Ð
0
,
ó
ñë
.
åä
.
Ïîäëîæêà áåç êðèîîñàäêà
Ò, K
Tc = 16 K
Tc = 45 K
Tc = 50 K
Tc = 60 K
Tc = 70 K
Ðèñ. 6. Òåðìîäåñîðáöèîííûå êðèâûå îáðàçöîâ ASW òîë-
ùèíîé d = 0,75 ìêì, îáðàçîâàííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ â
èíòåðâàëå 16—70 Ê, îõëàæäåííûõ äî Ò = 16 Ê è îòîãðå-
òûõ ñî ñêîðîñòüþ Vann � 0,03 Ê/ñ â èíòåðâàëå 16–60 Ê è
Vann � 0,01 Ê/ñ ïðè Ò > 60 Ê.
êîíäåíñàöèè. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä,
÷òî ïðè òåìïåðàòóðàõ êîíäåíñàöèè âûøå � 100 Ê ñëîè
òâåðäîé âîäû íå ìîãóò óäåðæàòü ìîëåêóëû àçîòà
íè ïî ìåõàíèçìó êðèîçàõâàòà, íè ïî ìåõàíèçìó êðèî-
ñîðáöèè.
Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå òàêæå è àíîìàëüíî âû-
ñîêàÿ àìïëèòóäà äåñîðáöèîííîãî ïèêà ïðè Ò = 34 Ê îá-
ðàçöà, êîíäåíñèðîâàííîãî ïðè Ò = 140 Ê, ò.å. íà ãðàíè-
öå ñòåêëîïåðåõîäà. Îäíèì èç îáúÿñíåíèé ýòîãî ôàêòà
ìîæåò áûòü ñëåäóþùåå. Åñëè ïðè äàííîé òåìïåðàòóðå
íà ïîäëîæêå îáðàçóåòñÿ êâàçèæèäêîå ñîñòîÿíèå, òî
ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ ìîëåêóë àçîòà èç ãàçîâîé
ôàçû â ñëîé ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ áëàãîäàðÿ çíà÷èòåëü-
íî âîçðîñøåìó êîýôôèöèåíòó äèôôóçèè [31]. Ïðè
îõëàæäåíèè ýòè ìîëåêóëû êàê áû âìîðàæèâàþòñÿ â
ïðèïîâåðõíîñòíûé ñëîé, à ïðè íàãðåâå äàþò ñóùåñ-
òâåííóþ ïðèáàâêó â àìïëèòóäó äåñîðáöèè ïî ñðàâíå-
íèþ ñî ñòåêëîîáðàçíûì è êðèñòàëëè÷åñêèì ñîñòîÿíè-
ÿìè îáðàçöîâ ïðè òåìïåðàòóðàõ êîíäåíñàöèè âûøå
èëè íèæå 140 Ê.
Âûâîäû
Ïðîâåäåííûå îäíîâðåìåííûå ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñ-
êèå è òåðìîäåñîðáöèîííûå èçìåðåíèÿ òåðìîñòèìóëè-
ðîâàííûõ ïðîöåññîâ â ASW, à òàêæå èõ ñðàâíåíèå ñ
äàííûìè P. Jenniskens c cîòðóäíèêàìè ïîçâîëÿþò ñäå-
ëàòü ñëåäóþùèå çàêëþ÷åíèÿ.
1. Èíòåðâàë òåìïåðàòóð 12–36 Ê ÿâëÿåòñÿ îáëàñòüþ
ñóùåñòâîâàíèÿ âûñîêîïëîòíîé ôîðìû ASW (hda). Â
àáñîëþòíîì áîëüøèíñòâå ïðîâåäåííûõ ýêñïåðèìåí-
òîâ íàáëþäàþòñÿ õàðàêòåðíûå äëÿ ýòîãî ñîñòîÿíèÿ
àìîðôíîãî âåùåñòâà îñîáåííîñòè â ÈÊ ñïåêòðàõ è
êðèâûõ îòîãðåâà. Ïåðåõîä àìîðôíîãî âûñîêîé ïëîò-
íîñòè ëüäà â íèçêîïëîòíîå àìîðôíîå ñîñòîÿíèå (lda)
íà÷èíàåòñÿ ïðè Ò � 39 Ê è çàâåðøàåòñÿ â èíòåðâàëå
òåìïåðàòóð 60–70 Ê. Ýòîò ïðîöåññ ñîïðîâîæäàåòñÿ
îáðàçîâàíèåì ïîð. Àíàëèç òåðìîäåñîðáöèîííûõ äàí-
íûõ ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðîöåññ îáðàçîâà-
íèÿ ïîð äîñòèãàåò ñâîåé ìàêñèìàëüíîé èíòåíñèâíîñ-
òè ïðè òåìïåðàòóðå � 42 Ê. Êðîìå òîãî, ðåçêèé
ìàêñèìóì äåñîðáöèîííîãî ïèêà ïðè äàííîé òåìïå-
ðàòóðå ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ýòè ïîðû èìåþò
ïðåèìóùåñòâåííîå íàïðàâëåíèå, ïåðïåíäèêóëÿðíîå
ïëåíêå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò îäíîâðåìåííîå íà÷àëî äå-
ñîðáöèîííûõ ïðîöåññîâ ïî âñåé òîëùèíå îáðàçöà.
2. Ïåðåõîä îò hda ê lda ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåçêèì ñìå-
ùåíèåì âàëåíòíîãî ïèêà ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòü áîëåå
íèçêèõ ÷àñòîò (ðèñ. 2,à) è ïîëîñû ëèáðàöèîííûõ êî-
ëåáàíèé (ðèñ. 2,á) â ñòîðîíó óâåëè÷åíèÿ ÷àñòîòû êîëå-
áàíèé. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò îá óâåëè÷åíèè ñòåïåíè
óïîðÿäî÷åííîñòè ñèñòåìû. Ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿåòñÿ
íåðàâíîìåðíàÿ ïåðåñòðîéêà îáðàçöà â öåëîì, à ïðî-
öåññ ïîðîîáðàçîâàíèÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ
÷èñëà ïîâåðõíîñòíûõ ìîëåêóë è, êàê ñëåäñòâèå, ê
áîëüøåé ñòåïåíè èõ óïîðÿäî÷åíèÿ â ñðàâíåíèè ñ ìî-
ëåêóëàìè, ðàñïîëîæåííûìè âíóòðè îáúåìà îáðàçöà.
Äàííûé âûâîä ñîãëàñóåòñÿ ñ ðåçóëüòàòàìè áîëüøî-
ãî ÷èñëà èññëåäîâàíèé, â ÷àñòíîñòè, ïðåäñòàâëåííûõ
â [9].
3. Òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí ñóùåñòâîâàíèÿ íèç-
êîïëîòíîé ôîðìû ASW íå âïîëíå äåòåðìèíèðîâàí.
Äëÿ ðàçëè÷íûõ îáðàçöîâ, êîíäåíñèðîâàííûõ ïðè ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíî êîíòðîëèðóåìûõ ïîñòîÿííûõ óñëî-
âèÿõ, íàáëþäàþòñÿ îñîáåííîñòè, êîòîðûå ìîãóò ñâè-
äåòåëüñòâîâàòü î ïðåâðàùåíèÿõ â ñëîå. Ïðè ýòîì
ïðîÿâëåíèå ýòèõ ïðåâðàùåíèé ìîæåò áûòü ïðè ðàç-
ëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ. Íà íàø âçãëÿä, ýòî ñâÿçàíî ñî
ñòîõàñòè÷åñêèìè ïðîöåññàìè ôîðìèðîâàíèÿ àìîðô-
íîãî ëüäà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, ïðè êîòîðûõ óñòà-
íîâëåíèå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó êóáè÷åñêèìè è ãåêñàãî-
íàëüíûìè çàðîäûøàìè êðèñòàëëè÷åñêîé ôàçû íîñèò
íåîïðåäåëåííûé õàðàêòåð. Âìåñòå ñ òåì ïðîâåäåííûå
íàìè îäíîâðåìåííûå ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêèå è òåð-
ìîäåñîðáöèîííûå èññëåäîâàíèÿ ïîçâîëÿþò ñäåëàòü
âûâîä, ÷òî â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 80–100 Ê íà÷èíà-
åòñÿ ïåðåõîä îò íèçêîïëîòíîé ôîðìû ASW ê, ñêîðåå
âñåãî [1–3], ñîñòîÿíèþ «restrained amorphous».
4. Â ñîîòâåòñòâèè ñ íàøèìè äàííûìè ìîæíî óòâåð-
æäàòü, ÷òî òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà îò ñòåêëîîáðàçíîãî
àìîðôíîãî ëüäà â ñîñòîÿíèå ñâåðõâÿçêîé æèäêîñòè
Tg = (137 ± 2) Ê ãðàäóñà. Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå òåì-
ïåðàòóðû ïðèâîäèò ê òðàíñôîðìàöèÿì â ñëîå, èìåþ-
ùèì ñòóïåí÷àòûé õàðàêòåð. Ýòî ìîæåò áûòü ñâÿçàíî
ñ êîíêóðèðóþùèìè ïðîöåññàìè êðèñòàëëèçàöèè â ðå-
çóëüòàòå ðîñòà êóáè÷åñêèõ è ãåêñàãîíàëüíûõ çàðî-
äûøåé, à òàêæå íåïîñðåäñòâåííîé êðèñòàëëèçàöèåé
636 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0
8
16
24
32
40
48
56
Ïîäëîæêà áåç êðèîîñàäêà
Tc = 100 K
Tc = 120 K
Tc = 140 K
Tc = 160 K
Tc = 165 K
Ð
/Ð
0
,
ó
ñë
.
åä
.
Ò, K
Ðèñ. 7. Òåðìîäåñîðáöèîííûå êðèâûå îáðàçöîâ ASW òîë-
ùèíîé d = 0,75 ìêì, îáðàçîâàííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ â
èíòåðâàëå 100–165 Ê, îõëàæäåííûõ äî Ò = 16 Ê è îòîãðå-
òûõ ñî ñêîðîñòüþ Vann � 0,03 Ê/ñ â èíòåðâàëå 16–60 Ê è
Vann � 0,01 Ê/ñ ïðè Ò > 60 Ê. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ïðèâåäåíà òåð-
ìîäåñîðáöèîííàÿ êðèâàÿ ÷èñòîé ïîäëîæêè (ñìåùåíà
ââåðõ íà 4 óñë. åä.).
æèäêîé ñâåðõâÿçêîé âîäû, îáðàçîâàâøåéñÿ ïðè Òg è
ñóùåñòâóþùåé ñîâìåñòíî ñ êðèñòàëëè÷åñêîé ôàçîé
âïëîòü äî òåìïåðàòóð ïîðÿäêà 200 Ê [3,9].
5. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ âûÿâèëè àíîìàëü-
íûé õàðàêòåð ïîâåäåíèÿ îáðàçöîâ ïðè òåìïåðàòóðàõ,
ïðåäøåñòâóþùèõ ñóáëèìàöèè. Ýòî çàêëþ÷àåòñÿ â
ñêà÷êîîáðàçíîì ïîâåäåíèè êðèâîé îòîãðåâà, ÷òî ñî-
ïðîâîæäàåòñÿ ýêñòðåìóìîì âåëè÷èíû äàâëåíèÿ â êà-
ìåðå. Ýòè ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïîäòâåðæäàþò
òî÷êó çðåíèÿ, âûñêàçàííóþ â ðàáîòàõ [3,9,31,32]. Ðå÷ü
èäåò î òîì, ÷òî ìíîãîêîìïîíåíòíàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿ-
ùàÿ èç àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ,
ïðè ôèêñèðîâàííîé òåìïåðàòóðå äîëæíà èìåòü ðàç-
ëè÷íûå çíà÷åíèÿ ðàâíîâåñíûõ äàâëåíèé ãàçîâîé
ôàçû, ñîîòâåòñòâóþùèå ïàðöèàëüíûì ýíåðãèÿì àêòè-
âàöèè ñóáëèìàöèè, òàê êàê çíà÷åíèå ýíåðãèè àêòèâà-
öèè àìîðôíîé ôîðìû ëüäà (Åà = 46,9 êÄæ/ìîëü) ìåíü-
øå ñîîòâåòñòâóþùèõ çíà÷åíèé äëÿ êðèñòàëëè÷åñêèõ
ìîäèôèêàöèé (Åà = 48,3 êÄæ/ìîëü) [3], à ýòî ïðèâåäåò
ê òîìó, ÷òî ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ àìîðôíàÿ âîäà
èñïàðèòñÿ íà áîëåå ðàííåì ýòàïå è äàëåå ðåêîíäåíñè-
ðóåòñÿ íà êðèñòàëëè÷åñêèõ êîìïîíåíòàõ â êðèñòàëëè-
÷åñêóþ ôîðìó. Äàííûå íà ðèñ. 4 è 5 íàãëÿäíî ïîäòâåð-
æäàþò òàêîé ìåõàíèçì.
6. Ðåçêèé ïèê êðèâîé äåñîðáöèè ñ ìàêñèìóìîì ïðè
Ò = 42 Ê (ðèñ. 6) ñîîòâåòñòâóåò ïðîöåññó äåñîðáöèè
àçîòà ÷åðåç âîçíèêàþùèå ïîðû â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà
îò âûñîêîïëîòíîãî àìîðôíîãî ñîñòîÿíèÿ ê íèçêîïëîò-
íîìó. Òîò ôàêò, ÷òî ïðîöåññ äåñîðáöèè äîñòèãàåò ìàê-
ñèìóìà â ñàìîì íà÷àëå ýòîãî ïåðåõîäà, ãîâîðèò î
ñóùåñòâåííî íåóñòîé÷èâîì ðàâíîâåñèè ìåæäó ìîëå-
êóëàìè àçîòà è hda-ìàòðèöåé ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ.
Êðîìå òîãî, íàáëþäàåòñÿ ñëàáîå ñìåùåíèå â áîëåå
íèçêèå òåìïåðàòóðû ìàêñèìóìà äåñîðáöèè ïðè ïîâû-
øåíèè òåìïåðàòóðû êîíäåíñàöèè. Íàïðèìåð, ïðè òåì-
ïåðàòóðå êîíäåíñàöèè Òñ = 16 Ê ïîëîæåíèå ìàêñèìóìà
îïðåäåëÿåòñÿ òåìïåðàòóðîé Òmax = 42,7 Ê, â òî âðåìÿ
êàê äëÿ îáðàçöà, êîíäåíñèðîâàííîãî ïðè Òñ = 70 Ê,
òåìïåðàòóðà Òmax = 40,3 Ê.
Ïðè òåìïåðàòóðå êîíäåíñàöèè âûøå 90–100 Ê
(ðèñ. 7) îáðàçîâàíèå ïëåíêè êðèîêîíäåíñàòà âîäû íå
ñîïðîâîæäàåòñÿ çàõâàòîì ãàçîîáðàçíîãî àçîòà. Íà ýòî
óêàçûâàåò îòñóòñòâèå ïèêîâ äåñîðáöèè êàê â îáëàñòè
ïîëèàìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé, òàê è ïðè òåìïåðàòóðàõ
ñòåêëîïåðåõîäà. Ïðàêòè÷åñêè, îáðàçåö âåäåò ñåáÿ, êàê
÷èñòàÿ ïîäëîæêà. Ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ïðè ýòèõ
òåìïåðàòóðàõ êðèîêîíäåíñàòû âîäû ðàñòóò â âèäå
ãëàäêèõ ïëåíîê ñ ìàëûì ñîäåðæàíèåì ïîð.
7. Îáíàðóæåíî, ÷òî îáðàçåö, êîíäåíñèðîâàííûé
ïðè Ò = 140 Ê, ò.å. íà ãðàíèöå ñòåêëîïåðåõîäà, îáëàäà-
åò àíîìàëüíî âûñîêèì äåñîðáöèîííûì ïèêîì, ñîîò-
âåòñòâóþùèì äåñîðáöèè ìîíîñëîÿ àçîòà. Ìû ðàñ-
ñìàòðèâàåì ýòî êàê âîçìîæíîå ïîäòâåðæäåíèå
ñóùåñòâîâàíèÿ ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ æèäêîãî ñîñòî-
ÿíèÿ âîäû. Åñëè ýòî òàê, òî ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ
ìîëåêóë àçîòà èç ãàçîâîé ôàçû â ñëîé ðåçêî óâåëè÷èâà-
åòñÿ áëàãîäàðÿ çíà÷èòåëüíî âîçðîñøåìó êîýôôèöèåíòó
äèôôóçèè àçîòà â ñëîå. Ïðè îõëàæäåíèè ýòè ìîëåêóëû
âìîðàæèâàþòñÿ â ïðèïîâåðõíîñòíûé ñëîé, à ïðè íà-
ãðåâå äàþò ñóùåñòâåííóþ ïðèáàâêó â àìïëèòóäó äå-
ñîðáöèè ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòåêëîîáðàçíûì è êðèñòàë-
ëè÷åñêèì ñîñòîÿíèÿìè îáðàçöîâ ïðè òåìïåðàòóðàõ
êîíäåíñàöèè âûøå èëè íèæå 140 Ê.
1. P. Jenniskens and D. Blake, Science 265, 5, 753 (1994).
2. P. Jenniskens and D. Blake, Astrophys. J. 473, 1104 (1996).
3. P. Jenniskens, S.F. Banham, D.F. Blake, and M.R.S.
McCoustra, J. Chem. Phys. 107, 1232 (1997).
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. E.F. Burton and W.F. Oliver, Nature (London) 135, 505
(1935).
7. S.A. Rice and A.G. Sceats, J. Chem. Phys. 69, 3468
(1978).
8. A.H. Narten, C.G. Venkatesh, and S.A. Rice, J. Chem.
Phys. 64, 1106 (1976).
9. Ph. Parent, C. Laffon, C. Mangeney, F. Bournel, and
M. Tronc, J. Chem. Phys. 117, 10842 (2002).
10. C.A. Angell, Science 267, 1924 (1995).
11. P.J. Debenedetti, Nature 392, 127 (1998).
12. G.P. Johari, A. Hallbrucker, and E. Mayer, Science 273,
90 (1996).
13. B. Guillot and Y. Gussani, J. Chem. Phys. 120, 4366
(2004).
14. C.A. Tulk, C.J. Benmore, J. Urquidi, D.D. Klug, J. Neue-
feind, B. Tomberli, and P.A. Egelstaff, Science 297, 1320
(2002).
15. A. Hallbrucker, E. Mayer, and G.P. Johari, J. Phys.
Chem. 93, 4986 (1989).
16. C.A. Tulk, D.D. Klug, R. Brandenhorst, P. Sharp, and
J.A. Ripmeester, J. Chem. Phys. 109, 8478 (1998).
17. A. Hallbrucker, E. Mayer, and G.P. Johari, Phylos. Mag.
B60, 179 (1989).
18. C.A. Angell, Science 267, 3, 1924 (1995).
19. Y. Yue and C. Angell, Nature 427, 717, (2004).
20. G.P. Johari, J. Chem. Phys. 119, 2935 (2003).
21. N.J. Sack and R.A. Baragiola, Phys. Rev. B48, 9973
(1993).
22. A.S. Drobyshev and T.A. Prokhodtseva, J. Low Temp.
Phys. 119, 431 (2000).
23. À.Ñ. Äðîáûøåâ, Í.Â. Àòàïèíà, Ä.Í. Ãàðèïîãëû, Ñ.Ë.
Ìàêñèìîâ, Å.À. Ñàìûøêèí, ÔÍÒ 19, 567 (1993).
24. À.Ñ. Äðîáûøåâ, Ä.Í. Ãàðèïîãëû, Ñ.Ë. Ìàêñèìîâ, Å.À.
Ñàìûøêèí, ÔÍÒ 20, 600 (1994).
25. Ì.Ï. Ìàëêîâ, Ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêî-òåõíè÷åñêèì îñ-
íîâàì êðèîãåíèêè, Ýíåðãèÿ, Ìîñêâà (1973).
26. N.J. Sack and R.A. Baragiola, Phys. Rev. B48, 9973
(1993).
27. A. Kouchi, J. Cryst. Growth 99, 1220 (1990).
Òåðìîäåñîðáöèîííîå è ÈÊ ñïåêòðîìåòðè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5 637
28. G.A. Kimmel, K.P. Stevenson, Z. Dohnalek, R.S. Smith,
and B.D. Kay, J. Chem. Phys. 114, 5295 (2001).
29. À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æèìàãàëèóëû, Â. Êóð-
íîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, ÔÍÒ 33, 479 (2007).
30. G.A. Kimmel, Z. Dohnalek, K.P. Stevenson, R.S. Smith,
and B.D. Kay, J. Chem. Phys. 114, 5284 (2001).
31. R.S. Smith and B.D. Kay, Nature 398, 788 (1999).
32. R.J. Speedy, P.J. Debenedetti, R.S. Smith, C.Huang, and
B.D. Kay, Chem. Phys. 105, 240 (1996).
Thermodesorption and IR spectrometry studies
of polyamorphous and polymorphous
transformations in cryovacuum condensates
of water
A. Drobyshev, A. Aldiyarov, D. Zhumagaliuly,
V. Kurnosov, and N. Tokmoldin
Thermodesorption and IR studies of thermally
stimulated transitions in thin films of cryovacuum
water condensates were conducted simultaneous. It
is shown that the temperature interval 12–36 K is
the region of existence of a high-density amor-
phous solid water state. The high density — low
density amorphous state transition onsets at T � 39
K and completes in the interval from 60 to 70 K.
This process is accompanied by the pore formation
which reaches its maximum intensity at T � 42 K. It
is found that the temperature of transition from
glassy amorphous ice to super-viscous liquid state
is Tg = (137±2) K. Further increase of the tempera-
ture leads to step-like transformations in the layer.
This may be related to the competing processes of
crystallisation through the growth of cubic and he-
xagonal nuclei and direct crystallisation of liquid
super-viscous water, formed at Tg and co-existing
with the crystalline phase up to temperatures of ap-
proximately 200 K. The studies revealed an anoma-
lous behavior of the samples at temperatures below
sublimation. This confirms the idea that a multi-
component system, which consists of amorphous
and crystalline constituents, has various values of
the gas phase equilibrium pressure, corresponding
to partial activation energies of sublimation. This
results in evaporation of amorphous water at an
earlier stage and its recondensation on the crystal-
line components into the corresponding crystalline
phase.
PACS: 78.30.–j Infrared and Raman spectra;
61.50.–f Crystalline state;
78.30. Hv Other nonmetallic inorganics.
Keywords: cryovacuum water condensates, ther-
modesorption, IR spectra, polyamorphous and po-
lymorphous transformations.
638 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 5
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127821 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:49:15Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. 2017-12-28T13:50:51Z 2017-12-28T13:50:51Z 2007 Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды / А. Дробышев, А. Алдияров, Д. Жумагалиулы, В. Курносов, Н. Токмолдин // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 5. — С. 627-638. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 78.30.–j, 61.50.–f, 78.30.Hv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127821 Одновременно проведены термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследования термостимулированных превращений в тонких пленках криовакуумных конденсатов воды. Показано, что в интервале температур 12–36 К существует область высокоплотной формы аморфных льдов. Переход аморфного высокой плотности льда в низкоплотное аморфное состояние начинается при Т 39 К и завершается в интервале температур 60–70 К. Этот процесс сопровождается образованием пор и достигает своей максимальной интенсивности при Т 42 К. Определена температура перехода от стеклообразного аморфного льда в состояние сверхвязкой жидкости Tg = (137 ± 2) К. Дальнейшее повышение температуры приводит к трансформациям в слое, которые имеют ступенчатый характер. Это может быть связано с конкурирующими процессами кристаллизации вследствие роста кубических и гексагональных зародышей, а также с непосредственной кристаллизацией жидкой сверхвязкой воды, образовавшейся при Тg и существующей совместно с кристаллической фазой вплоть до температур ~ 200 К. Обнаружен аномальный характер поведения образцов при температурах, предшествующих сублимации. Это подтверждает то, что многокомпонентная система, состоящая из аморфных и кристаллических компонентов, имеет различные значения равновесных давлений газовой фазы, соответствующие парциальным энергиям активации сублимации, т.е. при высоких температурах аморфная вода испарится на более раннем этапе, а затем реконденсируется на кристалличес- ких компонентах. Одночасно проведено термодесорбційне та ІЧ спектрометричне дослідження термостимульованих перетворень у тонких плівках кріовакуумних конденсатів води. Показано, що в інтервалі температур 12–36 К існує область високощільної форми аморфних льодів. Перехід аморфного високої щільності льоду у низькощильний аморфний стан починається при Т 39 К і завершується в інтервалі температур 60–70 К. Цей процес супроводжується утворенням пор, що досягає своєї максимальної інтенсивності при Т 42 К. Визначено температуру переходу від склоподібного аморфного льоду в стан надв’язкої рідини Tg = (137 ± 2) К. Подальше підвищення температури призводить до трансформацій у шарі, які мають східчастий характер. Це може бути пов’язане з конкуруючими процесами кристалізації внаслідок росту кубічних і гексагональних зародків, а також з безпосередньою кристалізацією рідкої надв’язкої води, що утворилася при Тg та існує разом із кристалічною фазою аж до температур ~ 200 К. Виявлено аномальний характер поводження зразків при температурах, які передують сублімації. Це підтверджує те, що багатокомпонентна система, яка складається з аморфних і кристалічних компонентів, має різні значення рівноважних тисків газової фази, що відповідають парціальним енергіям активації сублімації, тобто при високих температурах аморфна вода випарується на більш ранньому етапі, а потім реконденсується на кристалічних компонентах. Thermodesorption and IR studies of thermally stimulated transitions in thin films of cryovacuum water condensates were conducted simultaneous. It is shown that the temperature interval 12–36 K is the region of existence of a high-density amorphous solid water state. The high density — low density amorphous state transition onsets at T 39 K and completes in the interval from 60 to 70 K. This process is accompanied by the pore formation which reaches its maximum intensity at T 42 K. It is found that the temperature of transition from glassy amorphous ice to super-viscous liquid state is Tg = (137±2) K. Further increase of the temperature leads to step-like transformations in the layer. This may be related to the competing processes of crystallisation through the growth of cubic and hexagonal nuclei and direct crystallisation of liquid super-viscous water, formed at Tg and co-existing with the crystalline phase up to temperatures of approximately 200 K. The studies revealed an anomalous behavior of the samples at temperatures below sublimation. This confirms the idea that a multicomponent system, which consists of amorphous and crystalline constituents, has various values of the gas phase equilibrium pressure, corresponding to partial activation energies of sublimation. This results in evaporation of amorphous water at an earlier stage and its recondensation on the crystalline components into the corresponding crystalline phase. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Динамика кристаллической решетки Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды Thermodesorption and IR spectrometry studies of polyamorphous and polymorphous transformations in cryovacuum condensates of water Article published earlier |
| spellingShingle | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. Динамика кристаллической решетки |
| title | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды |
| title_alt | Thermodesorption and IR spectrometry studies of polyamorphous and polymorphous transformations in cryovacuum condensates of water |
| title_full | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды |
| title_fullStr | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды |
| title_full_unstemmed | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды |
| title_short | Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды |
| title_sort | термодесорбционное и ик спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды |
| topic | Динамика кристаллической решетки |
| topic_facet | Динамика кристаллической решетки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127821 |
| work_keys_str_mv | AT drobyševa termodesorbcionnoeiikspektrometričeskoeissledovaniepoliamorfnyhipolimorfnyhprevraŝeniivkriovakuumnyhkondensatahvody AT aldiârova termodesorbcionnoeiikspektrometričeskoeissledovaniepoliamorfnyhipolimorfnyhprevraŝeniivkriovakuumnyhkondensatahvody AT žumagaliulyd termodesorbcionnoeiikspektrometričeskoeissledovaniepoliamorfnyhipolimorfnyhprevraŝeniivkriovakuumnyhkondensatahvody AT kurnosovv termodesorbcionnoeiikspektrometričeskoeissledovaniepoliamorfnyhipolimorfnyhprevraŝeniivkriovakuumnyhkondensatahvody AT tokmoldinn termodesorbcionnoeiikspektrometričeskoeissledovaniepoliamorfnyhipolimorfnyhprevraŝeniivkriovakuumnyhkondensatahvody AT drobyševa thermodesorptionandirspectrometrystudiesofpolyamorphousandpolymorphoustransformationsincryovacuumcondensatesofwater AT aldiârova thermodesorptionandirspectrometrystudiesofpolyamorphousandpolymorphoustransformationsincryovacuumcondensatesofwater AT žumagaliulyd thermodesorptionandirspectrometrystudiesofpolyamorphousandpolymorphoustransformationsincryovacuumcondensatesofwater AT kurnosovv thermodesorptionandirspectrometrystudiesofpolyamorphousandpolymorphoustransformationsincryovacuumcondensatesofwater AT tokmoldinn thermodesorptionandirspectrometrystudiesofpolyamorphousandpolymorphoustransformationsincryovacuumcondensatesofwater |