Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids
Motional quantum effects of tunneling methyl radical isolated in solid gases as they appear on experimental electron paramagnetic resonance (EPR) spectra are examined. Obtained analytical expressions of the tunneling frequency for methyl rotor/torsional-oscillator utilizing localized Hermite polyn...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2019 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176095 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids / N.P. Benetis, I.A. Zelenetckii, Y.A. Dmitriev // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 4. — С. 495-510. — Бібліогр.: 38 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-176095 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Benetis, N.P. Zelenetckii, I.A. Dmitriev, Y.A. 2021-02-03T15:55:00Z 2021-02-03T15:55:00Z 2019 Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids / N.P. Benetis, I.A. Zelenetckii, Y.A. Dmitriev // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 4. — С. 495-510. — Бібліогр.: 38 назв. — англ. 0132-6414 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176095 Motional quantum effects of tunneling methyl radical isolated in solid gases as they appear on experimental electron paramagnetic resonance (EPR) spectra are examined. Obtained analytical expressions of the tunneling frequency for methyl rotor/torsional-oscillator utilizing localized Hermite polynomials are compared to full numerical computations and tested against experimental EPR lineshape simulations. In particular, the X-band of methyl radical was displaying partial anisotropy averaging even at lowest temperatures. EPR lineshape simulations involving rotational dynamics were applied for the accurate determination of the potential barrier and the tunneling frequency. Tunneling frequency, as the splitting between the A and E torsional levels by the presence of a periodic C₃ model potential with periodic boundary conditions, was computed and related to the EPRlineshape alteration. The corresponding C₂ rotary tunneling about the in-plane axes of methyl was also studied while both the C₂ and C₃ rotations were compared with the rotation of deuteriated methyl radical. На основі виміряних експериментальних спектрів ЕПР представлено аналіз квантових ефектів, пов’язаних з тунелюванням метильних радикалів, захоплених в твердих газах. Отримано аналітичні вирази для частоти тунелювання метильного радикала навколо осей симетрії з використанням поліномів Ерміта. Ці результати порівнюються з чисельним розрахунком і з даними, отриманими моделюванням експериментальних спектрів ЕПР. Встановлено, зокрема, що спектри ЕПР Xдіапазону демонструють лише залишкову анізотропію, що означає усереднення анізотропії навіть при найнижчих температурах в експерименті. Моделювання спектрів ЕПР з урахуванням динаміки обертального руху використано для коректного отримання величин потенційних бар’єрів та частот тунелювання. Частоти тунелювання, які визначаються як величини розщеплення між A та E обертальними рівнями при наявності модельного C₃ потенціалу та періодичних граничних умов, розраховано та співвіднесено зі зміною форми спектра ЕПР. Також вивчено тунелювання радикала навколо осей C₂, що лежать в площині симетрії радикала. Представлено порівняння C₂ та C₃ обертань для протонованих й дейтерованих метильних радикалів. На основе измеренных экспериментальных спектров ЭПР представлен анализ квантовых эффектов, связанных с туннелированием метильных радикалов, захваченных в твердых газах. Получены аналитические выражения для частоты туннелирования метильного радикала вокруг осей симметрии с использованием полиномов Эрмита. Эти результаты сравниваются с численным расчетом и с данными, полученными моделированием экспериментальных спектров ЭПР. Установлено, в частности, что спектры ЭПР X-диапазона демонстрируют лишь остаточную анизотропию, что означает усреднение анизотропии даже при самых низких температурах в эксперименте. Моделирование спектров ЭПР с учетом динамики вращательного движения использовано для корректного получения величин потенциальных барьеров и частот туннелирования. Частоты туннелирования, определяемые как величины расщепления между A и E вращательными уровнями при наличии модельного C₃ потенциала и периодических граничных условий, были рассчитаны и соотнесены с изменением формы спектра ЭПР. Также изучено туннелирование радикала вокруг осей C₂, лежащих в плоскости симметрии радикала. Представлено сравнение C₂ и C₃ вращений для протонированных и дейтерированных метильных радикалов. N.P.B. is thankful to professor Nikolaos Kyratzis for assistance in certain numerical methods necessary for the best approach for the presentation of some parts in this work. Yu.A.D. and I.A.Z. acknowledge support of the Russian Foundation for Basic Research (RFBR), research project 16-02-00127a, for the experimental part of the study. en Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Фізичні властивості кpіокpисталів Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids Низькотемпературне тунелювання CH₃ квантового ротора в ван-дер-ваальсових твердих тілах Низкотемпературное туннелирование CH₃ квантового ротора в ван-дер-ваальсовых твердых телах Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids |
| spellingShingle |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids Benetis, N.P. Zelenetckii, I.A. Dmitriev, Y.A. Фізичні властивості кpіокpисталів |
| title_short |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids |
| title_full |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids |
| title_fullStr |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids |
| title_full_unstemmed |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids |
| title_sort |
low-temperature tunneling of ch₃ quantum rotor in van der waals solids |
| author |
Benetis, N.P. Zelenetckii, I.A. Dmitriev, Y.A. |
| author_facet |
Benetis, N.P. Zelenetckii, I.A. Dmitriev, Y.A. |
| topic |
Фізичні властивості кpіокpисталів |
| topic_facet |
Фізичні властивості кpіокpисталів |
| publishDate |
2019 |
| language |
English |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Низькотемпературне тунелювання CH₃ квантового ротора в ван-дер-ваальсових твердих тілах Низкотемпературное туннелирование CH₃ квантового ротора в ван-дер-ваальсовых твердых телах |
| description |
Motional quantum effects of tunneling methyl radical isolated in solid gases as they appear on experimental
electron paramagnetic resonance (EPR) spectra are examined. Obtained analytical expressions of the tunneling
frequency for methyl rotor/torsional-oscillator utilizing localized Hermite polynomials are compared to full numerical computations and tested against experimental EPR lineshape simulations. In particular, the X-band of
methyl radical was displaying partial anisotropy averaging even at lowest temperatures. EPR lineshape simulations involving rotational dynamics were applied for the accurate determination of the potential barrier and the
tunneling frequency. Tunneling frequency, as the splitting between the A and E torsional levels by the presence
of a periodic C₃ model potential with periodic boundary conditions, was computed and related to the EPRlineshape alteration. The corresponding C₂ rotary tunneling about the in-plane axes of methyl was also studied
while both the C₂ and C₃ rotations were compared with the rotation of deuteriated methyl radical.
На основі виміряних експериментальних спектрів ЕПР
представлено аналіз квантових ефектів, пов’язаних з тунелюванням метильних радикалів, захоплених в твердих газах.
Отримано аналітичні вирази для частоти тунелювання метильного радикала навколо осей симетрії з використанням поліномів Ерміта. Ці результати порівнюються з чисельним розрахунком і з даними, отриманими моделюванням експериментальних спектрів ЕПР. Встановлено, зокрема, що спектри ЕПР Xдіапазону демонструють лише залишкову анізотропію, що
означає усереднення анізотропії навіть при найнижчих температурах в експерименті. Моделювання спектрів ЕПР з урахуванням динаміки обертального руху використано для коректного отримання величин потенційних бар’єрів та частот
тунелювання. Частоти тунелювання, які визначаються як величини розщеплення між A та E обертальними рівнями при
наявності модельного C₃ потенціалу та періодичних граничних
умов, розраховано та співвіднесено зі зміною форми спектра
ЕПР. Також вивчено тунелювання радикала навколо осей C₂,
що лежать в площині симетрії радикала. Представлено порівняння C₂ та C₃ обертань для протонованих й дейтерованих
метильних радикалів.
На основе измеренных экспериментальных спектров ЭПР
представлен анализ квантовых эффектов, связанных с туннелированием метильных радикалов, захваченных в твердых
газах. Получены аналитические выражения для частоты туннелирования метильного радикала вокруг осей симметрии с
использованием полиномов Эрмита. Эти результаты сравниваются с численным расчетом и с данными, полученными
моделированием экспериментальных спектров ЭПР. Установлено, в частности, что спектры ЭПР X-диапазона демонстрируют лишь остаточную анизотропию, что означает усреднение анизотропии даже при самых низких температурах
в эксперименте. Моделирование спектров ЭПР с учетом динамики вращательного движения использовано для корректного получения величин потенциальных барьеров и частот
туннелирования. Частоты туннелирования, определяемые как
величины расщепления между A и E вращательными уровнями при наличии модельного C₃ потенциала и периодических граничных условий, были рассчитаны и соотнесены с
изменением формы спектра ЭПР. Также изучено туннелирование радикала вокруг осей C₂, лежащих в плоскости симметрии радикала. Представлено сравнение C₂ и C₃ вращений
для протонированных и дейтерированных метильных радикалов.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176095 |
| citation_txt |
Low-temperature tunneling of CH₃ quantum rotor in van der Waals solids / N.P. Benetis, I.A. Zelenetckii, Y.A. Dmitriev // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 4. — С. 495-510. — Бібліогр.: 38 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT benetisnp lowtemperaturetunnelingofch3quantumrotorinvanderwaalssolids AT zelenetckiiia lowtemperaturetunnelingofch3quantumrotorinvanderwaalssolids AT dmitrievya lowtemperaturetunnelingofch3quantumrotorinvanderwaalssolids AT benetisnp nizʹkotemperaturnetunelûvannâch3kvantovogorotoravvandervaalʹsovihtverdihtílah AT zelenetckiiia nizʹkotemperaturnetunelûvannâch3kvantovogorotoravvandervaalʹsovihtverdihtílah AT dmitrievya nizʹkotemperaturnetunelûvannâch3kvantovogorotoravvandervaalʹsovihtverdihtílah AT benetisnp nizkotemperaturnoetunnelirovaniech3kvantovogorotoravvandervaalʹsovyhtverdyhtelah AT zelenetckiiia nizkotemperaturnoetunnelirovaniech3kvantovogorotoravvandervaalʹsovyhtverdyhtelah AT dmitrievya nizkotemperaturnoetunnelirovaniech3kvantovogorotoravvandervaalʹsovyhtverdyhtelah |
| first_indexed |
2025-11-30T22:48:09Z |
| last_indexed |
2025-11-30T22:48:09Z |
| _version_ |
1850858678647783424 |