ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды
Исследованы спектральные характеристики тонких пленок вакуумных конденсатов изотопической смеси воды, состоящей из H₂O (10%), HDO (50%) и D₂O (40%). Криоконденсаты получены на металлическом зеркале при температуре 30 К и давлении газовой фазы над подложкой в ходе криоосаждения 6,7×10⁻⁴ Па. Изучены И...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130204 |
| 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 тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды / А.Алдияров, А.Дробышев, Ш.Сарсембинов // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 3. — С. 297-303. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130204 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Алдияров, А. Дробышев, А. Сарсембинов, Ш. 2018-02-09T08:45:03Z 2018-02-09T08:45:03Z 2002 ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды / А.Алдияров, А.Дробышев, Ш.Сарсембинов // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 3. — С. 297-303. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 87.30.-j https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130204 Исследованы спектральные характеристики тонких пленок вакуумных конденсатов изотопической смеси воды, состоящей из H₂O (10%), HDO (50%) и D₂O (40%). Криоконденсаты получены на металлическом зеркале при температуре 30 К и давлении газовой фазы над подложкой в ходе криоосаждения 6,7×10⁻⁴ Па. Изучены ИК спектры пленок различной толщины (d = 0,1- 2,5 мкм) в диапазоне частот 4200– 400 см⁻¹. Обнаружено, что увеличение толщины пленки воды в ходе конденсации привело к существенным изменениям спектральной отражательной способности в диапазоне характеристических частот внутримолекулярных колебаний — увеличению интенсивности поглощения и ширины спектральных полос. Установлено, что при d⩾2,5 мкм пленка криоконденсата воды является оптически прозрачной в широком спектральном интервале. The spectral characteristics of thin films of vacuum condensates of an isotopic water mixture consisting of 10% H₂O, 50% HDO, and 40% D₂O are investigated. The cryocondensates are obtained on a metallic mirror at a temperature of 30 K and a pressure of the gas phase over the substrate during the cryodeposition of 6.7×10⁻⁴ Pa. The IR spectra are investigated in the frequency range 4200–400 cm⁻¹ for films of different thicknesses (d=0.1–2.5 μm). It is found that the increasing thickness of the water film during the course of the condensation leads to substantial changes in the spectral reflectivity in the range of characteristic frequencies of the intramolecular vibrations—an increase in the absorption intensity and in the width of the spectral bands. It is found that for d⩾2.5 μm a film of water cryocondensate is optically transparent over a wide spectral interval. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкоразмерные и неупорядоченные системы ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды Infrared spectra of thin films of cryocondensates of an isotopic water mixture Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды |
| spellingShingle |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды Алдияров, А. Дробышев, А. Сарсембинов, Ш. Низкоразмерные и неупорядоченные системы |
| title_short |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды |
| title_full |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды |
| title_fullStr |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды |
| title_full_unstemmed |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды |
| title_sort |
ик спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды |
| author |
Алдияров, А. Дробышев, А. Сарсембинов, Ш. |
| author_facet |
Алдияров, А. Дробышев, А. Сарсембинов, Ш. |
| topic |
Низкоразмерные и неупорядоченные системы |
| topic_facet |
Низкоразмерные и неупорядоченные системы |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Infrared spectra of thin films of cryocondensates of an isotopic water mixture |
| description |
Исследованы спектральные характеристики тонких пленок вакуумных конденсатов изотопической смеси воды, состоящей из H₂O (10%), HDO (50%) и D₂O (40%). Криоконденсаты получены на металлическом зеркале при температуре 30 К и давлении газовой фазы над подложкой в ходе криоосаждения 6,7×10⁻⁴ Па. Изучены ИК спектры пленок различной толщины (d = 0,1- 2,5 мкм) в диапазоне частот 4200– 400 см⁻¹. Обнаружено, что увеличение толщины пленки воды в ходе конденсации привело к существенным изменениям спектральной отражательной способности в диапазоне характеристических частот внутримолекулярных колебаний — увеличению интенсивности поглощения и ширины спектральных полос. Установлено, что при d⩾2,5 мкм пленка криоконденсата воды является оптически прозрачной в широком спектральном интервале.
The spectral characteristics of thin films of vacuum condensates of an isotopic water mixture consisting of 10% H₂O, 50% HDO, and 40% D₂O are investigated. The cryocondensates are obtained on a metallic mirror at a temperature of 30 K and a pressure of the gas phase over the substrate during the cryodeposition of 6.7×10⁻⁴ Pa. The IR spectra are investigated in the frequency range 4200–400 cm⁻¹ for films of different thicknesses (d=0.1–2.5 μm). It is found that the increasing thickness of the water film during the course of the condensation leads to substantial changes in the spectral reflectivity in the range of characteristic frequencies of the intramolecular vibrations—an increase in the absorption intensity and in the width of the spectral bands. It is found that for d⩾2.5 μm a film of water cryocondensate is optically transparent over a wide spectral interval.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130204 |
| citation_txt |
ИК спектры тонких пленок криоконденсатов изотопической смеси воды / А.Алдияров, А.Дробышев, Ш.Сарсембинов // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 3. — С. 297-303. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT aldiârova ikspektrytonkihplenokkriokondensatovizotopičeskoismesivody AT drobyševa ikspektrytonkihplenokkriokondensatovizotopičeskoismesivody AT sarsembinovš ikspektrytonkihplenokkriokondensatovizotopičeskoismesivody AT aldiârova infraredspectraofthinfilmsofcryocondensatesofanisotopicwatermixture AT drobyševa infraredspectraofthinfilmsofcryocondensatesofanisotopicwatermixture AT sarsembinovš infraredspectraofthinfilmsofcryocondensatesofanisotopicwatermixture |
| first_indexed |
2025-11-25T15:52:54Z |
| last_indexed |
2025-11-25T15:52:54Z |
| _version_ |
1850517231147941888 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3, c. 297–303Àëäèÿðîâ À., Äðîáûøåâ À., Ñàðñåìáèíîâ Ø.ÈÊ ñïåêòðû òîíêèõ ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäûAldijarov A., Drobyshev A., and Sarsembinov S.IR spectra of thin films of cryocondensates of isotopic water mixture
ÈÊ ñïåêòðû òîíêèõ ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ
èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû
À. Àëäèÿðîâ, À. Äðîáûøåâ, Ø. Ñàðñåìáèíîâ
Êàçàõñêèé ãîñóäàðñòâåííûé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò,
Òîëå áè, 96, Àëìàòû, 480012, Êàçàõñòàí
E-mail: drobyshev@nursat.kz
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â påäàêöèþ 28 ñåíòÿáðÿ 2001 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 13 íîÿáðÿ 2001 ã.
Èññëåäîâàíû ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè òîíêèõ ïëåíîê âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû, ñîñòîÿùåé èç H2O (10%), HDO (50%) è D2O (40%). Êðèîêîí-
äåíñàòû ïîëó÷åíû íà ìåòàëëè÷åñêîì çåðêàëå ïðè òåìïåðàòóðå 30 Ê è äàâëåíèè ãàçîâîé
ôàçû íàä ïîäëîæêîé â õîäå êðèîîñàæäåíèÿ 6,7⋅10−4 Ïà. Èçó÷åíû ÈÊ ñïåêòðû ïëåíîê
ðàçëè÷íîé òîëùèíû (d = 0,1– 2,5 ìêì) â äèàïàçîíå ÷àñòîò 4200– 400 ñì−1. Îáíàðóæåíî,
÷òî óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïëåíêè âîäû â õîäå êîíäåíñàöèè ïðèâåëî ê ñóùåñòâåííûì
èçìåíåíèÿì ñïåêòðàëüíîé îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè â äèàïàçîíå õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ
÷àñòîò âíóòðèìîëåêóëÿðíûõ êîëåáàíèé — óâåëè÷åíèþ èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèÿ è øè-
ðèíû ñïåêòðàëüíûõ ïîëîñ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè d ≥ 2,5 ìêì ïëåíêà êðèîêîíäåíñàòà âîäû
ÿâëÿåòñÿ îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íîé â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå.
Äîñëiäæåíî ñïåêòðàëüíi õàðàêòåðèñòèêè òîíêèõ ïëiâîê âàêóóìíèõ êîíäåíñàòiâ içîòî-
ïi÷íî¿ ñóìiøi âîäè, ÿêà ñêëàäàºòüñÿ ç H2O (10%), HDO (50%) òà D2O (40%). Êðiîêîíäåí-
ñàòè îòðèìàíî íà ìåòàëåâîìó äçåðêàëi ïðè òåìïåpàòópi 30 Ê i òèñêó ãàçîâî¿ ôàçè íàä
ïiäêëàäêîþ ó õîäi êðiîîñàäæåííÿ 6,7⋅10−4 Ïà. Âèâ÷åíî I× ñïåêòðè ïëiâîê ðiçíî¿ òîâùèíè
(d = 0,1– 2,5 ìêì) ó äiaïàçîíi ÷àñòîò 4200– 400 ñì−1. Âèÿâëåíî, ùî çáiëüøåííÿ òîâùèíè
ïëiâêè âîäè ó õîäi êîíäåíñàöi¿ ïðèçâåëî äî iñòîòíèõ çìií ñïåêòðàëüíî¿ âiäáèâíî¿ çäàòíîñòi
â äiàïàçîíi õàðàêòåðèñòè÷íèõ ÷àñòîò âíóòðiøíüîìîëåêóëÿðíèõ êîëèâàíü — çáiëüøåííþ
iíòåíñèâíîñòi ïîãëèíàííÿ òà øèðèíè ñïåêòðàëüíèõ ñìóã. Óñòàíîâëåíî, ùî ïðè d ≥ 2,5 ìêì
ïëiâêà êðiîêîíäåíñàòó âîäè º îïòè÷íî ïðîçîðîâîþ ó øèðîêîìó ñïåêòðàëüíîìó iíòåðâàëi.
PACS: 87.30.–j
Ââåäåíèå
Èçó÷åíèþ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ êðèîêîíäåíñà-
òîâ âîäû è òÿæåëîé âîäû ïîñâÿùåíî çíà÷èòåëü-
íîå ÷èñëî ðàáîò. ×àñòü èç íèõ ìîæíî ñ ïîëíûì
îñíîâàíèåì îòíåñòè ê êëàññè÷åñêèì èññëåäîâàíè-
ÿì [1–3]. Íàöåëåííûå â îñíîâíîì íà âûÿâëåíèå
âçàèìîñâÿçè ìåæäó ïàðàìåòðàìè ìåæìîëåêóëÿð-
íûõ âçàèìîäåéñòâèé è ñòðóêòóðîé ëüäîâ, îíè çà-
ëîæèëè íàäåæíóþ îñíîâó äëÿ äàëüíåéøåãî èçó÷å-
íèÿ òàêèõ îáúåêòîâ, âêëþ÷àÿ ðàçëè÷íûì îáðàçîì
ñòèìóëèðîâàííûå ñòðóêòóðíî-ìîðôîëîãè÷åñêèå
òðàíñôîðìàöèè. Çà ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå èññëå-
äîâàíèÿ ñâîéñòâ òâåðäîé è òÿæåëîé âîäû ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ âíîâü çíà÷èòåëüíî àêòèâè-
çèðîâàëèñü. Ýòî ñâÿçàíî êàê ñ ïîñòàíîâêîé ðÿäà
íîâûõ ýêñïåðèìåíòîâ ÷èñòî íàó÷íîãî, ôóíäàìåí-
òàëüíîãî ïëàíà, òàê è ñ íåîáõîäèìîñòüþ ðåøåíèÿ
øèðîêîãî êðóãà ïðèêëàäíûõ çàäà÷. Â îñíîâíîì
îíè ñâÿçàíû ñ îáåñïå÷åíèåì äëèòåëüíîãî ôóíêöè-
îíèðîâàíèÿ èñêóññòâåííûõ îáúåêòîâ â óñëîâèÿõ
êîñìîñà, ÿäåðíîé ýíåðãåòèêîé, ðàçðàáîòêîé ëà-
çåðíîé òåõíèêè íà îñíîâå ìàòðè÷íî-èçîëèðîâàí-
íûõ ïðèìåñíûõ êðèîêîíäåíñàòîâ è ò.ä. Ïðè ýòîì
áëàãîäàðÿ ïîÿâëåíèþ óíèêàëüíîé òåõíèêè ñòàëà
âîçìîæíîé ïîñòàíîâêà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çàäà÷
áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ. Óñëîâíî èõ ìîæíî ðàçäå-
ëèòü íà òðè íàïðàâëåíèÿ.
— Èçó÷åíèå ïðîöåññîâ êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ â
ýïèòàêñèàëüíûõ ñëîÿõ [4,5]. Çäåñü îáúåêòàìè èñ-
ñëåäîâàíèé ÿâëÿþòñÿ ìîíîñëîè îñàæäåííîé âîäû.
Íà îñíîâàíèè ïîëó÷åííûõ ÈÊ ñïåêòðîâ äåëàþòñÿ
© À. Àëäèÿðîâ, À. Äðîáûøåâ, Ø. Ñàðñåìáèíîâ, 2002
âûâîäû î ñòðóêòóðå êëàñòåðîâ, îáðàçóþùèõñÿ íà
õîëîäíûõ ïîäëîæêàõ.
— Èñïîëüçîâàíèå ìåòîäèêè êðèîìàòðè÷íîé
èçîëÿöèè äëÿ ïîëó÷åíèÿ èíôîðìàöèè î õàðàêòåðå
èçìåíåíèé õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ âíóòðèìîëåêóëÿð-
íûõ êîëåáàíèé èçîëèðîâàííûõ ìîëåêóë è î âçàè-
ìîäåéñòâèè èõ ìåæäó ñîáîé, âêëþ÷àÿ ïðîöåññû
îáðàçîâàíèÿ àãðåãàòîâ ðàçëè÷íîãî ïîðÿäêà [6,7].
— Êëàññè÷åñêîå èçó÷åíèå òîíêèõ ïëåíîê êðèî-
âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ, òîëùèíà êîòîðûõ ñî-
èçìåðèìà ñ äëèíîé âîëíû õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ
âíóòðèìîëåêóëÿðíûõ êîëåáàíèé [8–10]. Ðåçóëü-
òàòàìè òàêèõ èññëåäîâàíèé, êàê ïðàâèëî, ÿâëÿþò-
ñÿ äàííûå ïî ñêîðîñòè ðîñòà, òåïëîôèçè÷åñêèì
è îïòè÷åñêèì õàðàêòåðèñòèêàì êðèîâàêóóìíûõ
êîíäåíñàòîâ â çàâèñèìîñòè îò òåðìîäèíàìè÷åñêèõ
ïàðàìåòðîâ îñàæäåíèÿ. Íà îñíîâàíèè ïîëó÷åí-
íûõ ðåçóëüòàòîâ ìîæíî ñäåëàòü ïðåäâàðèòåëüíûå
âûâîäû î ñòðóêòóðå êðèîêîíäåíñàòà è åå òðàíñ-
ôîðìàöèÿõ.
Èìåííî òàêîé ïîäõîä ðåàëèçîâàí êàê â ðàñ-
ñìàòðèâàåìîé ïóáëèêàöèè, òàê è ïðè ïîëó÷åíèè
áîëåå ðàííèõ ðåçóëüòàòîâ. Çà ïîñëåäíåå äåñÿòèëå-
òèå íàìè áûëè èçó÷åíû çàêîíîìåðíîñòè îáðàçî-
âàíèÿ âàêóóìíûõ êðèîêîíäåíñàòîâ ñ ðàçëè÷íîé
âíóòðèìîëåêóëÿðíîé ñèììåòðèåé [9–11]. Îäíàêî
ïðèâåäåííûå íèæå îáñòîÿòåëüñòâà îáóñëîâèëè íå-
îáõîäèìîñòü ïðîâåäåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ èñ-
ñëåäîâàíèé ïðîöåññîâ êðèîîñàæäåíèÿ è ñâîéñòâ
êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ, â ÷àñòíîñòè âîäû è
òÿæåëîé âîäû.
1. Â ïðîâåäåííûõ ðàíåå èññëåäîâàíèÿõ îáðàç-
öû ïðåäñòàâëÿëè ñîáîé ïëåíêè òîëùèíîé áîëåå
3 ìêì. Òàêèì îáðàçîì, âîçìîæíûå ðàçìåðíûå ýô-
ôåêòû, ïðîÿâëÿþùèåñÿ â áîëåå òîíêèõ îáðàçöàõ,
îêàçàëèñü âíå ïðåäåëîâ íàøåãî âíèìàíèÿ.
2. Ïîëó÷åííûå äàííûå î âîçìîæíîì ñóùåñòâî-
âàíèè ó âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ òÿæåëîé âîäû
ñòðóêòóðíûõ ìîäèôèêàöèé â øèðîêîì èíòåðâàëå
òåìïåðàòóð [9] ïîòðåáîâàëè äîïîëíèòåëüíûõ,
áîëåå äåòàëüíûõ èññëåäîâàíèé, âêëþ÷àÿ èçó÷åíèå
òîíêèõ ïëåíîê.
3. Ðåøàþùóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ðàçëè÷-
íûõ òèïîâ ëüäîâ èãðàåò âîäîðîäíàÿ ñâÿçü. Îíà
âëèÿåò íà ñîñòîÿíèå âçàèìîäåéñòâóþùèõ ìîëå-
êóë, ÷òî âûðàæàåòñÿ â èçìåíåíèè ñïåêòðàëüíûõ
õàðàêòåðèñòèê êðèîêîíäåíñàòîâ â äèàïàçîíàõ ÷àñ-
òîò õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé. Ýòî âëèÿíèå
ìîæåò áûòü ðàçëè÷íûì â çàâèñèìîñòè îò òèïà
êîëåáàíèé è ñòåïåíè ñâÿçàííîñòè ìîëåêóë. Â ýòîì
ñìûñëå èçó÷åíèå ïðîöåññîâ êîíäåíñàöèè èçîòîïè-
÷åñêîé ñìåñè âîäû è èçìåðåíèå ÈÊ ñïåêòðîâ ïî-
ëó÷åííûõ ïëåíîê ìîæåò ñïîñîáñòâîâàòü ïîíèìà-
íèþ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â õîäå
êðèîêîíäåíñàöèè ïàðîâ âîäû íà îõëàæäåííîé
ïîäëîæêå.
Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíîé çàäà÷åé ïðîâåäåííûõ
èññëåäîâàíèé ÿâèëîñü èçó÷åíèå âëèÿíèÿ òîëùèíû
ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ òÿæåëîé âîäû íà ñïåêò-
ðàëüíóþ îòðàæàòåëüíóþ ñïîñîáíîñòü ñèñòåìû
ïîäëîæêà–ïëåíêà â äèàïàçîíå ÷àñòîò õàðàêòåðèñ-
òè÷åñêèõ êîëåáàíèé ìîëåêóë H2O, HDO è D2O.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà è ìåòîäèêà
èçìåðåíèé
Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé
óñòàíîâêå, ïîäðîáíî îïèñàííîé â [10]. Îíà ïðåä-
ñòàâëÿåò ñîáîé óíèâåðñàëüíûé êðèîãåííûé âàêó-
óìíûé ñïåêòðîôîòîìåòð, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî
òàêæå âîçìîæíî èçìåðåíèå êîýôôèöèåíòîâ ïðå-
ëîìëåíèÿ, ñêîðîñòè ðîñòà è òîëùèíû ïëåíîê
êðèîêîíäåíñàòîâ. Äëÿ ýòîãî óñòàíîâêà îñíàùåíà
äâóõëó÷åâûì ëàçåðíûì èíòåðôåðîìåòðîì. Ïîëó-
÷åíèå âàêóóìà íà óñòàíîâêå [10] îñóùåñòâëÿëè
ìàãíèòîðàçðÿäíûìè íàñîñàìè òèïà ÍÎÐÄ-250 ñ
îñòàòî÷íûì äàâëåíèåì 6,7⋅10−6 Ïà. Èçó÷åíèå òîí-
êèõ ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ òðåáóåò ãàðàíòèðî-
âàííîãî îòñóòñòâèÿ ïðîöåññà ñîêîíäåíñàöèè ñ èñ-
ñëåäóåìûì âåùåñòâîì îñòàòî÷íûõ ãàçîâ, ÷òî
âîçìîæíî òîëüêî ïðè óâåëè÷åíèè ïðåäåëüíîãî âà-
êóóìà â êàìåðå. Ñ ýòîé öåëüþ óñòàíîâêà áûëà
äîîñíàùåíà êðèîêîíäåíñàöèîííûì íàñîñîì òèïà
ÍÂÊ-320-5, ÷òî ïîçâîëèëî ïðîâîäèòü ïðåä-
âàðèòåëüíóþ îòêà÷êó êàìåðû äî äàâëåíèÿ
6,7⋅10−8 Ïà.
Áûëà èçìåíåíà òàêæå ñèñòåìà òåðìîñòàáèëèçà-
öèè êðèîñòàòà óñòàíîâêè. Êðèîñòàò êðåïèëè íà
âåðõíåì íèçêîòåìïåðàòóðíîì ôëàíöå ìèêðîêðèî-
ãåííîé ìàøèíû ñèñòåìû Ãèôôîðäà–Ìàê-Ìàãîíà.
Èñïîëüçóåìàÿ ðàíåå ñèñòåìà òåðìîñòàáèëèçàöèè
íå ïîçâîëÿëà äîñòèãíóòü æåëàåìîãî óðîâíÿ ïîä-
äåðæàíèÿ òåìïåðàòóðû. Ìîíòàæ äîïîëíèòåëüíûõ
íàãðåâàòåëåé è êîíòðîëü çà ýêñïåðèìåíòîì ñ ïî-
ìîùüþ êîìïüþòåðà ïîçâîëèëè îñóùåñòâèòü ïîä-
äåðæàíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè êîíäåíñàöèè
ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 0,05 Ê.
Îáùàÿ ñõåìà ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà è òè-
ïè÷íûå èíòåðôåðîãðàììû ðîñòà ïëåíêè êðèîêîí-
äåíñàòîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 1.
Êàê è â [10], äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñïåêòðîâ îòðà-
æåíèÿ îáðàçöîâ èñïîëüçîâàëñÿ ÈÊ ñïåêòðîìåòð
òèïà ÈÊÑ-29. Â óñòàíîâêå, îïèñàííîé â [10],
èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëè â îäíîëó÷åâîì ðåæèìå, ÷òî
óñëîæíÿëî îáðàáîòêó ñïåêòðîâ èç-çà áîëüøîãî
óðîâíÿ øóìîâîãî ñèãíàëà. Äëÿ ïîâûøåíèÿ êà÷å-
ñòâà ÈÊ ñïåêòðîâ áûë ñìîíòèðîâàí îáâîäíîé îï-
òè÷åñêèé êàíàë, ÷òî ïîçâîëèëî ïðîâîäèòü èññëå-
äîâàíèÿ â äâóõëó÷åâîì ðåæèìå.  ðåçóëüòàòå
À. Àëäèÿðîâ, À. Äðîáûøåâ, Ø. Ñàðñåìáèíîâ
298 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3
çíà÷èòåëüíî ïîâûñèëîñü êà÷åñòâî ïîëó÷àåìûõ
ñïåêòðîâ. Òî÷íîñòü èõ èçìåðåíèÿ ñîñòàâèëà
0,75 ñì−1 ñ ðàçðåøåíèåì, ñîãëàñíî ïàñïîðòíûì
äàííûì ñïåêòðîìåòðà, R = 850.
Äëÿ êîíòðîëÿ èçîòîïè÷åñêîãî ñîñòàâà âîäû
áûëè ïðîâåäåíû ìàññ-ñïåêòðîìåòðè÷åñêèå èññëå-
äîâàíèÿ c ïîìîùüþ ÈÏÄÎ-1 (èçìåðèòåëü ïàðöè-
àëüíûõ äàâëåíèé îñòàòî÷íûõ ãàçîâ). Íà îñíîâà-
íèè ïîëó÷åííîãî ìàññ-ñïåêòðà (ðèñ. 2) ðàññ÷èòàí
ìàññîâûé ñîñòàâ âîäû — H2O (10%), HDO (50%)
è D2O (40%). Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé ñîñòàâèëà
3–5%.
Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ
ÈÊ ñïåêòðû îòðàæåíèÿ ïëåíîê êðèîêîíäåíñà-
òîâ âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû ïðèâåäåíû íà
ðèñ. 3 è 4. Âñå îáðàçöû êîíäåíñèðîâàíû èç ãàçî-
âîé ôàçû â îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ — òåìïåðàòóðà
ïîäëîæêè ñîñòàâëÿëà 30 Ê, äàâëåíèå ãàçîâîé
ôàçû â õîäå êðèîîñàæäåíèÿ ïîääåðæèâàëîñü ðàâ-
íûì 6,7⋅10−4 Ïà. Äàííûå íà ðèñ. 3 ñîîòâåòñòâóþò
äèàïàçîíó ÷àñòîò õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ âàëåíòíûõ
êîëåáàíèé D2O. Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíû ÈÊ ñïåêò-
ðû â îáëàñòè ÷àñòîò äåôîðìàöèîííûõ óãëîâûõ
êîëåáàíèé [6]. Ýòè ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû â
îäíîëó÷åâîì ðåæèìå ðàáîòû èíòåðôåðîìåòðà.
Äëÿ óäîáñòâà ðàññìîòðåíèÿ âñå ñïåêòðû ñìåùå-
íû îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà ïî îñè îðäèíàò ñ
ñîõðàíåíèåì ìàñøòàáà. Ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè
îáîçíà÷åíû ÷àñòîòû õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ êîëåáà-
íèé îáîçíà÷åííûõ ñâÿçåé.
Äëÿ íàãëÿäíîñòè àíàëèçà ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòà-
òîâ â òàáë. 1 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ îñíîâíûõ õàðàê-
òåðèñòè÷åñêèõ ÷àñòîò âíóòðèìîëåêóëÿðíûõ êîëåáà-
íèé òÿæåëîé âîäû â ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèÿõ.
Ðèñ. 2. Ðåçóëüòàòû ìàññ-ñïåêòðîìåòðè÷åñêèõ èçìåðå-
íèé ñîñòàâà èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû.
Ðèñ. 1. Ñõåìà ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà è òèïè÷íûå èíòåðôåðîãðàììû êðèîîñàæäåíèÿ ïëåíêè òÿæåëîé âîäû ïðè
ðàçëè÷íûõ óãëàõ ïàäåíèÿ ëó÷à ëàçåðà.
Ðèñ. 3. ÈÊ ñïåêòðû îòðàæåíèÿ ïëåíîê êðèîêîíäåíñà-
òîâ òÿæåëîé âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû â äèàïàçîíå
÷àñòîò âàëåíòíûõ êîëåáàíèé. Ñïåêòðû ñìåùåíû:
0 (1); +0,3 (2);+0,6 (3).
ÈÊ ñïåêòðû òîíêèõ ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 299
Òàáëèöà 1
Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòè÷åñêèe ÷àñòîòû âíóòðèìîëå-
êóëÿðíûõ êîëåáàíèé òÿæåëîé âîäû â ðàçëè÷íûõ ñîñòî-
ÿíèÿõ
Ñ
îñ
òî
ÿí
èå
ì
îë
åê
óë
û
Ñ
èì
ì
åò
ðè
֒
û
å
âà
ëå
íò
íû
å,
ν
O
D
À
ñè
ì
ì
åò
ðè
֒
û
å
âà
ëå
íò
íû
å,
ν
O
D
Ä
åô
îð
ì
àö
èî
íí
û
å
óã
ëî
âû
å,
ν
2
,
ν R
È
ñò
î÷
íè
ê
ñì−1
Ãàçîâîå
ñîñòîÿíèå
2666 2789 1179(ν2) [11]
Ìîíîìîëåêó-
ëà â àäñîðá-
ñëîå
2655 2765 1178(ν2) [6]
Ih-ôàçà 2332 2425 1210(ν
2
), 640(ν
R
) [1]
Êàê âèäíî íà ïðèâåäåííûõ ðèñóíêàõ, â ñïåêò-
ðàõ ïðèñóòñòâóþò âñå îñíîâíûå ëèíèè, ñîîòâåòñò-
âóþùèå õàðàêòåðèñòè÷åñêèì ÷àñòîòàì âíóòðèìî-
ëåêóëÿðíûõ êîëåáàíèé. Ïðè ýòîì õàðàêòåð ÈÊ
ñïåêòðîâ èçìåíÿåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ òîëùè-
íû îáðàçöîâ. Ðå÷ü èäåò íå òîëüêî îá óâåëè÷åíèè
àìïëèòóäû ñïåêòðîâ ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè õàðàê-
òåðèñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé, íî è î ïðîÿâëåíèè
ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ, íå ñòîëü âûðàæåííûõ ïðè
ìàëûõ òîëùèíàõ.
Áîëåå äåòàëüíîå ðàññìîòðåíèå ïîëó÷åííûõ ðå-
çóëüòàòîâ ïîçâîëÿåò îòìåòèòü ñëåäóþùèå îñîáåí-
íîñòè ïðåäñòàâëåííûõ ñïåêòðîâ.
1.  èíòåðâàëå ÷àñòîò 3000–3500 ñì−1 (ðèñ. 5)
â ñïåêòðå ïðèñóòñòâóåò âûðàæåííûé ïèê ïî-
ãëîùåíèÿ, èíòåíñèâíîñòü êîòîðîãî ñóùåñòâåííî
çàâèñèò îò òîëùèíû îáðàçöà. Îí ñîîòâåòñòâóåò,
ñêîðåå âñåãî, õàðàêòåðèñòè÷åñêîìó âàëåíòíîìó
êîëåáàíèþ Î–Í ìîëåêóëû HDO [1,12].  ýòîì
äèàïàçîíå òàêæå íàáëþäàåòñÿ ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ
âàëåíòíûõ êîëåáàíèé H2O. Îäíàêî â ýòîì ñëó÷àå
äîëæíû áûëè ïðîÿâèòüñÿ ëèáðàöèîííûå êîëåáà-
íèÿ H2O íà ÷àñòîòå 840 ñì−1, ÷òî íå íàáëþäàåòñÿ.
Êðîìå òîãî, êîíöåíòðàöèÿ H2O â èçîòîïíîé ñìåñè
âîäû ìàëà è íå ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîÿâëåíèþ
òàêîãî çíà÷èòåëüíîãî ïèêà ïîãëîùåíèÿ. Òàêèì
îáðàçîì, äàííàÿ ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ ñ áîëüøîé
ñòåïåíüþ íàäåæíîñòè ñîîòâåòñòâóåò ñâÿçè Î–Í â
ìîëåêóëàõ HDO.
Íà ðèñ. 5 âèäíî, ÷òî ìàêñèìóì ïîãëîùåíèÿ
ðàññìàòðèâàåìîé ïîëîñû ðàñïîëîæåí â èíòåðâàëå
÷àñòîò 3325–3350 ñì−1. Âìåñòå ñ òåì, ñîãëàñíî
[1,12], ìàêñèìóì ïîãëîùåíèÿ âàëåíòíûõ êîëåáà-
íèé Î–Í â ìîëåêóëàõ HDO íàõîäèòñÿ íà ÷àñòîòå
3277 ñì−1. Òàêîå ðàñõîæäåíèå ìîæåò áûòü ñëåäñò-
âèåì ðàçëè÷èÿ ìåæìîëåêóëÿðíûõ âçàèìîäåéñò-
âèé ïî âîäîðîäíûì ñâÿçÿì, ò.å. ðå÷ü èäåò î ñðàâ-
íåíèè ñòðóêòóðíî ðàçëè÷íûõ ëüäîâ.  [1,12]
èññëåäîâàëè ëåä Ih, îáðàçîâàííûé ïðè 173 Ê. Â
íàøåì ñëó÷àå íà ïîäëîæêå îáðàçóåòñÿ êðèîêðèñ-
òàëë ñ îòëè÷íîé îò ãåêñàãîíàëüíîé ñòðóêòóðîé.
2. Èíòåðâàë ÷àñòîò 2200–2700 ñì−1 — äèàïà-
çîí âàëåíòíûõ êîëåáàíèé D2O è ñâÿçè D–O ìîëå-
Ðèñ. 4. ÈÊ ñïåêòðû îòðàæåíèÿ ïëåíîê êðèîêîíäåíñà-
òîâ òÿæåëîé âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû â äèàïàçîíå
÷àñòîò äåôîðìàöèîííûõ êîëåáàíèé. Ñïåêòðû ñìåùå-
íû: 0 (1); +0,06 (2); +0,2 (3).
Ðèñ. 5. Ôðàãìåíò ÈÊ ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ ïëåíîê
êðèîêîíäåíñàòîâ òÿæåëîé âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû â
äèàïàçîíå ÷àñòîò 3000–3500 ñì−1. Ñïåêòðû ñìåùåíû:
0 (1); +0,14 (2).
À. Àëäèÿðîâ, À. Äðîáûøåâ, Ø. Ñàðñåìáèíîâ
300 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3
êóëû HDO. Ìîùíûé ïèê ïîãëîùåíèÿ, î÷åâèäíî,
ÿâëÿåòñÿ ñóïåðïîçèöèåé ýòèõ êîëåáàíèé. Íà
ðèñ. 3 è 6 âèäíî, ÷òî óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïëåíêè
êðèîêîíäåíñàòà ïðèâîäèò íå òîëüêî ê óâåëè÷åíèþ
èíòåíñèâíîñòè, íî è óøèðåíèþ ñïåêòðàëüíîé ïî-
ëîñû ïîãëîùåíèÿ. Â òî æå âðåìÿ íàáëþäàåìàÿ
òîíêàÿ ñòðóêòóðà íà ìàêñèìóìå ïîãëîùåíèÿ
(ðèñ. 7) ãîâîðèò î ïðîçðà÷íîñòè îáðàçöîâ â øèðî-
êîì ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå. Ýòîò âûâîä òàêæå
ïîäòâåðæäàåò àíàëèç èíòåðôåðîãðàìì ðîñòà ïëå-
íîê êðèîêîíäåíñàòîâ òÿæåëîé âîäû (ðèñ. 1).
Ñïåêòðû êðèîêîíäåíñàòîâ èçîòîïè÷åñêîé ñìå-
ñè âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû â èíòåðâàëå ÷àñòîò
2000–3000 ñì−1 â ñðàâíåíèè ñ ÷èñòîé ïîäëîæêîé
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 6. Ýòè äàííûå áûëè ïîëó÷å-
íû â äâóõëó÷åâîì ðåæèìå ðàáîòû ÈÊ ñïåêòðî-
ìåòðà. Êàê õîðîøî âèäíî íà ðèñ. 6, óâåëè÷åíèå
òîëùèíû ïëåíêè ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîÿâëåíèåì
âûðàæåííîé ëèíèè ïîãëîùåíèÿ íà ÷àñòîòå ν =
= 2297 ñì−1. Ïðè ýòîì èíòåðïðåòàöèÿ ýòîãî ïèêà ñ
ïîçèöèé âíóòðèìîëåêóëÿðíûõ êîëåáàíèé íå î÷å-
âèäíà. Åñëè ýòî âàëåíòíîå ñèììåòðè÷íîå êîëåáà-
íèå, òî îíî ñìåùåíî â ñòîðîíó áîëåå íèçêèõ
÷àñòîò. Äëÿ ñðàâíåíèÿ, â ñîîòâåòñòâèè ñ äàííû-
ìè [1], äëÿ ëüäà Ih ν1 = 2332 ñì−1.
Áîëåå î÷åâèäíûì ïðåäïîëîæåíèåì ïîÿâëåíèÿ
ïîëîñû íà ν = 2297 ñì−1 ÿâëÿåòñÿ åå ïðèíàäëåæ-
íîñòü ê òàê íàçûâàåìûì àññîöèàòèâíûì êîëåáàíè-
ÿì ìîëåêóëû H2O. Ñîãëàñíî [14], îíà ÿâëÿåòñÿ
îáåðòîíîì èëè êîìáèíàöèåé ðåøåòî÷íûõ ìîä è
ìîæåò áûòü èíòåðïðåòèðîâàíà êàê óòðîåííàÿ ÷àñ-
òîòà ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû âîäû
ëèáî êàê âçàèìîäåéñòâèå ëèáðàöèîííûõ è äåôîð-
ìàöèîííûõ êîëåáàíèé [12]. Òàêîå ïðåäïîëîæåíèå
îáúÿñíÿåò è íåáîëüøóþ àìïëèòóäó ïîëîñû, êîòî-
ðàÿ íàõîäèòñÿ â ñîãëàñèè ñ êîíöåíòðàöèåé H2O â
èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû.
Áîëåå äåòàëüíî äèàïàçîí âàëåíòíûõ êîëåáàíèé
ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 7. Ïðè àíàëèçå äàííûõ
ðèñ. 7 ìîæíî îòìåòèòü åùå îäíó âàæíóþ îñîáåí-
íîñòü.  ñïåêòðàõ îáðàçöîâ ðàçëè÷íîé òîëùèíû
âûäåëÿåòñÿ íåñêîëüêî ñïåêòðàëüíûõ ó÷àñòêîâ ñ
ïîäîáíîé êîíôèãóðàöèåé: a−a′, b−b′, c−c′. Èõ ïî-
ÿâëåíèå ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî äâóìÿ ïðè÷èíà-
ìè. Îäíà èç íèõ ñâÿçàíà ñ ïðîöåññàìè êëàñòåðî-
îáðàçîâàíèÿ ìîëåêóë âîäû. Ïðåäñòàâëåííûå â [4]
äàííûå èíòåðïðåòèðóþòñÿ êàê îáíàðóæåíèå ïî-
ëèàãðåãàòîâ ñ õàðàêòåðèñòè÷åñêèìè ÷àñòîòàìè,
êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â íåïëîõîì ñîãëàñèè ñ îá-
ñóæäàåìûìè ðåçóëüòàòàìè.  ÷àñòíîñòè, àäñîð-
áèðîâàííûé íà ïîäëîæêå äèìåð, ïî äàííûì [4],
èìååò õàðàêòåðèñòè÷åñêóþ ÷àñòîòó ñâÿçè νOD =
= 2492 ñì−1, ÷òî ìîæåò áûòü ñîîòíåñåíî ñ âûäå-
ëåííûìè íàìè èíòåðâàëàìè c−c′.
Äðóãèì ìåõàíèçìîì âîçíèêíîâåíèÿ òîíêîé
ñòðóêòóðû ìîæåò áûòü âîçìóùåíèå âàëåíòíûõ êî-
ëåáàíèé âîäîðîäíîé ñâÿçüþ. Ýòî òàêæå äîëæíî
ïðèâåñòè ê âîçíèêíîâåíèþ ñîîòâåòñòâóþùèõ
îáåðòîíîâ. Êðîìå òîãî, âîçìîæíî, ÷òî îáíàðóæåí-
íûå îñîáåííîñòè òîíêîé ñòðóêòóðû ñâÿçàíû ñ ðàç-
äåëåíèåì êîëåáàíèé ñâÿçè O–D ìîëåêóë D2O è
HDO.
Åùå îäíîé îñîáåííîñòüþ ñïåêòðîâ, ïðèâåäåí-
íûõ íà ðèñ. 7, ÿâëÿåòñÿ î÷åâèäíîå ñìåùåíèå îòíî-
ñèòåëüíî äðóã äðóãà âûäåëåííûõ êîíôèãóðàöèé
äëÿ ïëåíîê ðàçëè÷íîé òîëùèíû. Ñ óâåëè÷åíèåì
Ðèñ. 6. ÈÊ ñïåêòðû îòðàæåíèÿ ïëåíîê êðèîêîíäåíñà-
òîâ òÿæåëîé âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû, ïîëó÷åííûå â
õîäå èçìåðåíèé â äâóõëó÷åâîì ðåæèìå. Ñïåêòðû ñìå-
ùåíû: 0 (1); +0,06 (2); +0,045 (3).
Ðèñ. 7. Ôðàãìåíò ÈÊ ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ ïëåíîê
êðèîêîíäåíñàòîâ òÿæåëîé âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû â
äèàïàçîíå ÷àñòîò âàëåíòíûõ êîëåáàíèé. Ñïåêòðû ñìå-
ùåíû: 0 (1); –0,15 (2).
ÈÊ ñïåêòðû òîíêèõ ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 301
òîëùèíû ïëåíêè ñîîòâåòñòâóþùèå ÷àñòîòû ñìå-
ùàþòñÿ â ñòîðîíó óâåëè÷åíèÿ. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî
ðîñò âñåõ îáðàçöîâ îñóùåñòâëÿëñÿ ïðè îäèíàêî-
âûõ óñëîâèÿõ, ýòî, ñêîðåå âñåãî, íå ñâÿçàíî ñî
ñòðóêòóðíûìè ïðåâðàùåíèÿìè, à íîñèò ðàçìåð-
íûé õàðàêòåð. Êîíêðåòíûé ìåõàíèçì ðàññìàòðè-
âàåìîãî ÿâëåíèÿ ïîêà íå ÿñåí.
3. Èíòåðâàë 400–1400 ñì−1 ñîîòâåòñòâóåò äå-
ôîðìàöèîííûì óãëîâûì è ëèáðàöèîííûì êîëåáà-
íèÿì ìîëåêóë âîäû è èõ ìîäàì, âîçáóæäàåìûì
âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè ðàçëè÷íîé êîíôèãóðà-
öèè [1]. Ïîëîñà ïîãëîùåíèÿ â äèàïàçîíå ÷àñòîò
1220–1270 ñì−1 ñîîòâåòñòâóåò äåôîðìàöèîííîìó
êîëåáàíèþ ìîëåêóëû D2O. Êîëåáàíèþ ìîëåêóëû
HDO, ñêîðåå âñåãî, ñîîòâåòñòâóåò ïîëîñà â èíòåð-
âàëå ÷àñòîò 1300–1450 ñì−1.
Êàê âèäíî íà ðèñ. 4, 8, èçìåíåíèå òîëùèíû
îáðàçöà ñêàçûâàåòñÿ íà îñíîâíîì óãëîâîì äåôîð-
ìàöèîííîì êîëåáàíèè òÿæåëîé âîäû è HDO (ν2).
Îñîáåííî ýòî çàìåòíî äëÿ äèàïàçîíà ÷àñòîò âîç-
áóæäåííûõ óãëîâûõ êîëåáàíèé, à èìåííî â èíòåð-
âàëå ÷àñòîò 400–900 ñì−1. Óâåëè÷åíèå òîëùèíû
îáðàçöà îò d = 1,25 äî 2,5 ìêì ïðèâîäèò ê çíà÷è-
òåëüíîé ïåðåñòðîéêå ñïåêòðà â ðàññìàòðèâàåìîì
èíòåðâàëå ÷àñòîò (ðèñ. 4, êðèâûå 1,2). Åñëè êðè-
âàÿ 2 íàõîäèòñÿ âî âïîëíå óäîâëåòâîðèòåëüíîì
(ó÷èòûâàÿ ðàçëè÷èå â òåìïåðàòóðàõ è ìåòîäàõ
ïðèãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ) ñîãëàñèè ñ äàííûìè [1],
òî ïîÿâëåíèå ìàêñèìóìà îòðàæåíèÿ íà 600 ñì−1
ïðè òîëùèíå ïëåíêè d = 2,5 ìêì íå èìååò î÷åâèä-
íûõ îáúÿñíåíèé. Ýòî ÿâíî íå èíòåðôåðåíöèîí-
íûé ýôôåêò — ñëèøêîì ìàëû òîëùèíû ïëåíêè
äëÿ ðàññìàòðèâàåìûõ äëèí âîëí ïàäàþùåãî èçëó-
÷åíèÿ. Âðÿä ëè ýòî è ðåçóëüòàò îáúåìíîãî «ðàçâî-
ðà÷èâàíèÿ» âîäîðîäíûõ ñâÿçåé — äëÿ ýòîãî òîë-
ùèíà ïëåíêè óæå ñëèøêîì âåëèêà. Òåì íå ìåíåå
â ïëåíêå ïî ìåðå ðîñòà åå òîëùèíû ÿâíî ïðîèñõî-
äÿò ñóùåñòâåííûå èçìåíåíèÿ, êîòîðûå òàêæå ñêà-
çûâàþòñÿ è íà õàðàêòåðå ñïåêòðîâ â äðóãèõ ÷àñ-
òîòíûõ èíòåðâàëàõ (ðèñ. 8).
 ÷àñòíîñòè, íà ðèñ. 8 âèäíî, ÷òî ïðîöåññ
ðîñòà ïëåíêè êðèîêîíäåíñàòà âîäû ñîïðîâîæäàåò-
ñÿ ñãëàæèâàíèåì ÈÊ ñïåêòðîâ áîëåå òîëñòûõ ïëå-
íîê. Îäíèì èç îáúÿñíåíèé ýòîãî ìîæåò áûòü
ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ïðè îáðàçîâàíèè òîíêèõ ïëå-
íîê êðèîêîíäåíñàòà ôîðìèðóþòñÿ ìåòàñòàáèëü-
íûå ñîñòîÿíèÿ òâåðäîé ôàçû. Ïî ìåðå ðîñòà ïëåí-
êè îñóùåñòâëÿåòñÿ îäíîâðåìåííî è ïåðåõîä
îáðàçîâàííîãî ðàíåå ñëîÿ â óñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå,
÷òî íàõîäèò ñâîå îòðàæåíèå â ñïåêòðå.
4. Âîäîðîäíûå ñâÿçè. Èçâåñòíî [13], ÷òî îá-
ðàçîâàíèå âîäîðîäíîé ñâÿçè ñîïðîâîæäàåòñÿ
ïîíèæåíèåì ÷àñòîòû âàëåíòíîãî êîëåáàíèÿ è óâå-
ëè÷åíèåì èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèÿ íà ñîîò-
âåòñòâóþùèõ ÷àñòîòàõ. Ýòè èçìåíåíèÿ, ñîãëàñíî
Áàäæåðà è Áàóýðà [13], ñâÿçàíû ñ ýíåðãèåé îáðà-
çóþùèõñÿ ñâÿçåé ïðîñòûìè ñîîòíîøåíèÿìè (äëÿ
ìîëåêóëû òÿæåëîé âîäû):
∆νOD = −
∆H
0,024
,
ãäå ∆H — èçìåíåíèå ýíòàëüïèè âàëåíòíîé ñâÿçè
O–D â ñòàòè÷åñêîì ïîëå âîäîðîäíîé ñâÿçè. Ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì ýòîãî ñîîòíîøåíèÿ íàìè ïðîâåäåíû
ðàñ÷åòû èçìåíåíèÿ ýíòàëüïèè âîäîðîäíîé ñâÿçè
ïðè èçìåíåíèè òîëùèíû ïëåíêè. Ðàñ÷åòû îñó-
ùåñòâëÿëèñü äëÿ ÷àñòîò, ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîëó-
øèðèíå ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ (òàáë. 2). Âèäíî, ÷òî
óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïëåíêè ñîïðîâîæäàåòñÿ èç-
ìåíåíèåì ýíòàëüïèè âîäîðîäíîé ñâÿçè, ïðè÷åì
äëÿ ðàçëè÷íûõ òèïîâ ìîëåêóë ýòî èçìåíåíèå èìå-
åò ðàçëè÷íûé õàðàêòåð.
Òàáëèöà 2
Èçìåíåíèå ÷àñòîòû âàëåíòíûõ êîëåáàíèé è ýíòàëüïèè
âîäîðîäíîé ñâÿçè ïðè èçìåíåíèè òîëùèíû ïëåíêè îò
0,12 äî 2,5 ìêì
Äèàïàçîí
÷àñòîò,
ñì−1
Òèï ñâÿçè
ν2,5 ìêì ν0,12 ìêì ∆ν
∆H ,
Äæ/ìîëü
ñì−1
3000–3500 O–H â HDO 3327 3345 –18 5,15
2200–2700 O–D â D2O
è HDO
2497 2467 30 –8,59
Ðèñ. 8. Ôðàãìåíò ÈÊ ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ ïëåíîê
êðèîêîíäåíñàòîâ òÿæåëîé âîäû ðàçëè÷íîé òîëùèíû
â äèàïàçîíå ÷àñòîò 1200–2000 ñì−1. Ñïåêòðû ñìåùåíû:
0 (1); 0,02 (2).
À. Àëäèÿðîâ, À. Äðîáûøåâ, Ø. Ñàðñåìáèíîâ
302 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3
Àíàëèç äàííûõ, ïðèâåäåííûõ â òàáë. 2, ïîçâî-
ëÿåò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî óâåëè÷åíèå òîëùèíû
ïëåíêè ïðèâîäèò ê îñëàáëåíèþ âîäîðîäíîé ñâÿçè
ìîëåêóë D2O è HDO ïî ñâÿçÿì O–D è óñèëåíèþ
åå äëÿ ìîëåêóëû HDO ïî ñâÿçè ΖÍ.
Âûâîäû
1. Ïëåíêà êðèîêîíäåíñàòà òÿæåëîé âîäû, îáðà-
çîâàííàÿ ïðè òåìïåðàòóðå 30 Ê, ïðè d ≤ 2,5 ìêì
ÿâëÿåòñÿ îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íîé â øèðîêîì ñïåêò-
ðàëüíîì èíòåðâàëå.
2. Óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïëåíêè òÿæåëîé âîäû
â õîäå êîíäåíñàöèè ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæ-
êè 30 Ê ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííûì èçìåíåíèÿì
ñïåêòðàëüíîé îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè â äèà-
ïàçîíå õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ÷àñòîò âíóòðèìîëåêó-
ëÿðíûõ êîëåáàíèé. Ýòî âûðàæàåòñÿ â óâåëè÷åíèè
êàê èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèÿ, òàê è øèðèíû
ñïåêòðàëüíûõ ïîëîñ.
3. Óâåëè÷åíèå òîëùèíû ïëåíêè ïðèâîäèò ê
ïðîÿâëåíèþ ðåçêîãî ïèêà ïîãëîùåíèÿ íà ÷àñòîòå
ν = 2297 ñì−1, êîòîðûé, ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿåòñÿ
îáåðòîíîì èëè êîìáèíàöèåé ðåøåòî÷íûõ ìîä è
ìîæåò áûòü èíòåðïðåòèðîâàí êàê óòðîåííàÿ ÷àñ-
òîòà ëèáðàöèîííûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû âîäû
ëèáî êàê âçàèìîäåéñòâèå ëèáðàöèîííûõ è äåôîð-
ìàöèîííûõ êîëåáàíèé.
4. Äëÿ ñïåêòðîâ îáðàçöîâ ðàçëè÷íîé òîëùèíû
îáíàðóæåíû ó÷àñòêè ñî ñõîæåé êîíôèãóðàöèåé,
ïîÿâëåíèå êîòîðûõ ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî ïðî-
öåññàìè êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ ìîëåêóë âîäû. Ïðè
óâåëè÷åíèè òîëùèíû ïëåíêè ñîîòâåòñòâóþùèå
âûäåëåííûì îáëàñòÿì ÷àñòîòû âîçðàñòàþò.
5. Ðàñ÷åòû, ïðîâåäåííûå ñ èñïîëüçîâàíèåì ñî-
îòíîøåíèÿ Áàäæåðà è Áàóýðà, ïîêàçàëè, ÷òî óâå-
ëè÷åíèå òîëùèíû ïëåíêè ñîïðîâîæäàåòñÿ èçìåíå-
íèåì ýíòàëüïèè âîäîðîäíîé ñâÿçè, ïðè÷åì äëÿ
ðàçëè÷íûõ òèïîâ ìîëåêóë ýòî èçìåíåíèå èìååò
ðàçëè÷íûé õàðàêòåð.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü À. Òóëåãåíî-
âó çà ó÷àñòèå â ýêñïåðèìåíòàõ è îáñóæäåíèè ïî-
ëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ.
1. J. E. Bertie and E. Whalley, J. Chem. Phys. 40,
1637 (1964).
2. J. E. Bertie and E. Whalley, J. Chem. Phys. 40,
1646 (1964).
3. J. E. Bertie, E. Whalley, and L. D. Calvert, J.
Chem. Phys. 38, 840 (1963).
4. H. Ogasawara, J. Yoshinobu, and M. Kawai, J.
Chem. Phys. 111, 70038 (1999).
5. J. N. Harvey, J. O. Jung, and R. B. Gerber, J.
Chem. Phys. 110, 8747 (1998).
6. R. M. Bentwood, A. J. Barnes, and W. J. Orville-
Thomath, J. Mol. Spectrosc. 34, 391 (1980).
7. J. B. Paul, J. Chem. Phys. 109, 10201 (1998).
8. M. S. Westley, G. A. Baratta, and R. A. Baragiolla,
J. Chem. Phys. 108, 3313 (1998).
9. À. Ñ. Äðîáûøåâ, Ä. Í. Ãàðèïîãëû, ÔÍÒ 22, 812
(1996).
10. A. S. Drobyshev and T. A. Prokhodtseva, J. Low
Temp. Phys. 119, 431 (2000).
11. E. F. Barker and W. W. Sleator, J. Chem. Phys. 3,
660 (1935).
12. J. E. Bertie, E. Whalley, and H. J. Labbe, J. Chem.
Phys. 50, 4501 (1969).
13. Ã. Í. Çàöåïèíà, Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà è ñòðóêòó-
ðà âîäû, Èçä-âî Ìîñêîâñêîãî óíèâåðñèòåòà, Ìîñ-
êâà (1987).
14. R. Zimmerman and G. Pimentel, Advances in Mo-
lecular Spectroscopy, New York (1962).
IR spectra of thin films of cryocondensates
of isotopic water mixture
A. Aldijarov, A. Drobyshev, and S. Sarsembinov
The spectral characteristics of thin films
of vacuum condensates of an isotopic water
mixture, containing H2O (10%), HDO (50%)
and D2O (40%), are studied. The cryocon-
densates were deposited upon a metal mirror at
temperature 30 K, and pressure 6.7⋅10−4 Pa. In
the frequency range 4200–400 ñì−1 IR spectra
of cryocrystal films of various thickness
(d = 0.1–2.5 µm) were obtained. Thickness of
the water film during condensation involved
significant changes of the spectral reflectivity
in the range of characteristic frequencies of
intramolecular oscillations — an increase of
absorption intensity and spectral bands width.
It is found that up to thickness d ≥ 2.5 µm the
water film is optically transparent in a wide
spectral region.
ÈÊ ñïåêòðû òîíêèõ ïëåíîê êðèîêîíäåíñàòîâ èçîòîïè÷åñêîé ñìåñè âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 303
|