Структурные релаксации и низкоэнергетические элементарные возбуждения в органических стеклах: исследование по спектрам одиночных примесных молекул

• Автор: Еремчев, Иван Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. ДИНАМИКА НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТЕКОЛ И ПОЛИМЕРОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

§ 1.01 Проявление аномальной низкотемпературной динамики аморфных твердотельных сред в экспериментах

§ 1.02 Модели низкотемпературной динамики аморфных твердотельных сред

§ 1.03 Процессы структурной релаксации

§ 1.04 Спектроскопия примесного центра

§ 1.05 Влияние примесных центров на динамику матрицы - 35

§ 1.06 Выводы по главе I - 37

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА

§ 2.01 Методика регистрации индивидуальных спектров и спектральных историй большого числа ОМ в твердотельных средах при низких температурах
§ 2.02 Экспериментальные образцы и методы их приготовления
§ 2.03 Моменты и кумулянты спектров ОМ - 44
§ 2.04 Техника исследования бозонного пика с помощью СОМ
§ 2.05 Исследование структурных релаксаций в широком температурном диапазоне - 50
§ 2.06 Выводы по главе II - 56
ГЛАВА 3. НАБЛЮДЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
СТРУКТУРНЫХ РЕЛАКСАЦИЙ В АМОРФНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ
§ 3.01 Наблюдение локальных структурных изменений в прозрачных твердотельных средах по спектрам ОМ - 57
§ 3.02 Однократные температурные циклы. - 58
§ 3.03 Температурная зависимость эффективности структурных релаксаций - 61
§ 3.04 Изучение структурных релаксаций с помощью температурных циклов с последовательным увеличением температуры нагревания

§ 3.05 Изменение индивидуальных параметров ДУС и НЧМ, вследствие локальных структурных релаксаций
§ 3.06 Медленный спектральный дрейф ОМ террилена в орго-дихлорбензоле
§ 3.07 Влияние длины полимерной цепи на спектральную динамику примесных ОМ
§ 3.08 Выводы по главе III
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСНЫХ МОЛЕКУЛ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНУЮ ДИНАМИКУ АМОРФНЫХ СРЕД
§ 4.01 Туннельная динамика аморфных матриц
§ 4.02 Колебательная динамика полимера
§ 4.03 Выводы по главе IV
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК РИСУНКОВ
СПИСОК ФОРМУЛ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Распространенные в современной науке и технике материалы, как правило, представляют собой неупорядоченные твердотельные среды, характеризующиеся полным или частичным отсутствием порядка в расположении атомов или молекул. К таким материалам относятся разнообразные полимеры, низкомолекулярные органические и неорганические стекла, аморфные металлы и полупроводники, поликристаллические вещества, композитные материалы и многие другие. Указанные материалы можно условно разделить на тела, которым структурный беспорядок присущ по природе (напр., аморфные длинноцепочечные полимеры), а также стекла, которые получаются в результате быстрого замораживания стеклообразующих жидкостей. В последних при понижении температуры подвижность атомов и молекул резко уменьшается. Как следствие, значительно увеличиваются вязкость среды и характерные времена процессов структурной релаксации, которые отвечают за внутреннюю перестройку атомов или молекул, приводящую к равновесному состоянию среды. Начиная с некоторой характерной для данного вещества температуры, называемой температурой или точкой стеклования, (ГЙ), типичные скорости релаксационных процессов становятся сравнимыми со скоростью охлаждения вещества. В результате молекулы не успевают занять положения, соответствующие их равновесным состояниям при данной температуре, и остаются «вмороженными» в той пространственной (неравновесной) конфигурации, в которой они оказались перед резким уменьшением их подвижности.
Как известно, макроскопические свойства твердых веществ определяются не только их внутренним строением, но и динамическими процессами, протекающими в среде, поэтому изучение внутренней динамики твердотельных сред имеет важное фундаментальное и прикладное значение и является одним из актуальных направлений современной физики твердого тела и материаловедения. В частности, насущной задачей является разработка новых экспериментальных методов получения информации о
толуоле наблюдались хаотичные прыжки и медленные дрейфы индивидуальных спектральных линий, которые нельзя описать в рамках стандартной модели ДУС. Авторы сделали вывод о том, что стандартная модель низкотемпературных стекол не всегда может быть адекватно применена для описания динамики низкомолекулярных стекол на микроуровне.
§ 1.05 Влияние примесных центров на динамику матрицы
Спектроскопия примесного центра является уникальной методикой для исследования динамических процессов в прозрачных твердотельных матрицах. Однако до сих пор остается открытым принципиальный вопрос о влиянии внедряемых в матрицу хромофорных молекул на изучаемую с их помощью локальную динамику неупорядоченной матрицы. Не ясно, насколько внедрение молекулярных зондов может искажать наблюдаемые явления. В случае высокоупорядоченных кристаллов, хорошо известно, что внедрение примесных молекул часто приводит к существенному изменению внутренней динамики (при низких температурах, приводит к появлению квазилокальных и локальных колебательных мод, локализованных вблизи примеси). Что касается неупорядоченных систем - органических стекол, аморфных полимеров - ответ не столько очевиден. Эти среды характеризуются наличием внутреннего беспорядка и локальной неоднородностью, которая и определяет их универсальные свойства. Поэтому вопрос о том, что происходит с динамикой матрицы при добавлении примесных молекул остается предметом дискуссий.
Экспериментальные исследования низкотемпературной динамики в неупорядоченных средах с помощью усредняющих по ансамблю молекул методик (ВП и ФЭ) показали что, оптические спектры хромофорных молекул в целом дают репрезентативную информацию о динамике самой матрицы (см., например, [73] и ссылки там) в температурном диапазоне Т < 2 - 3 К, где преобладает туннельная динамика. Однако это выполняется не во всех исследованиях. Например, в работе [78] с помощью метода ФЭ, с одной стороны, было обнаружено совпадение туннельных динамик в двух