la molecola di idrogeno nei solidi ad altissime pressioni
DESCRIPTION
Spettri Raman in Ar(H 2 ) 2 a varie pressioni. 500 m m. La luce di un laser ad argon passa attraverso il campione nella DAC, fotografato con un filtro arancio . Una delle nostre celle ad incudine di diamanti. La molecola di idrogeno nei solidi ad altissime pressioni - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
La molecola di idrogeno nei solidi ad altissime pressioni
L. Ulivi(a), F. Grazzi(a), M. Moraldi(b,c)
(a) Istituto di Fisica Applicata ‘Nello Carrara’, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Italy, [email protected](b) Dipartimento di Fisica, Università di Firenze, Italy
(c) Istituto Nazionale per la Fisica della Materia, Unità di Firenze, Italy
Alte pressioni
Pressioni fino al Mbar si possono ottenere in laboratorio con la cella ad incudini di diamante (DAC) in campioni di 50-300 m
Questi studi sono di fondamentale importanza in geofisica, planetolo-gia, scienza dei materiali, chimica, fisica fondamentale.
Lo scattering RAMAN è una potente tecnica di indagine in queste condizioni
Struttura rotonica in Ar(H2)2
Alcuni nostri recenti lavori di alta pressione
[1] F. A. Gorelli, L. Ulivi, M. Santoro, and R. Bini, "Antiferromagnetic Order in the Phase of Solid Oxygen", Phys. Rev. B62, R3604 (2000).
[2] F. Grazzi, and L. Ulivi, “Measurement of the ortho-to-para hydrogen conversion in the high-pressure compound Ar(H2)2” Europhys. Lett., 52, 564 (2000).
[3] F. A. Gorelli, L. Ulivi, M. Santoro, and R. Bini, “Spectroscopic study of the -phase of solid oxygen” Phys. Rev. B63 104110 (2001).
[4] M. Santoro, F.A. Gorelli, L. Ulivi, R. Bini and H.J. Jodl “Antiferomagnetism in the high pressure phases of solid oxygen: Low-energy electronic transitions” Phys. Rev. B64 064428 (2001).
[5] F. Grazzi, M. Santoro, M. Moraldi and L. Ulivi, “Anisotropic interaction of hydrogen molecules from the pressure dependence of the rotational spectrum in the Ar(H2)2 compound” Phys. Rev. Lett. 87, 125506, (2001).
[6] F.A. Gorelli, M. Santoro, L. Ulivi, M. Hanfland, "Crystal structure of solid oxygen at high pressure and low temperature", Phys. Rev. B 65 17206 (2002).
[7] F. Grazzi, M. Santoro, M. Moraldi, L. Ulivi, "Roton excitation of the hydrogen molecule in the Ar(H2)2 compound", Phys. Rev. B 66 144303, (2002).
[8] L. Ulivi, "Quantitative spectroscopy of simple molecular crystals under pressure" in High Pressure Phenomena Proceedings of the International school of Physics "Enrico Fermi", Edited by R. J. Hemley, G. Chiarotti, M. Bernasconi, and L. Ulivi, (IOS Press, Amsterdam, 2002).
[9] L. Tassini, F. Gorelli, L. Ulivi, "Far infrared phonons of solid iodine under pressure" Chem. Phys.Lett. 378 105 (2003).
[10] P. Postorino, A. Congeduti, P. Dore, A. Sacchetti, F.A. Gorelli, L. Ulivi, A. Kumar, and D.D. Sarma, "Pressure tuning of electron-photon coupling: The insulator to metal transition in manganites" Phys. Rev. Lett. 91 175501 (2003).
Idrogeno solido fino a 1 Mbar
Nei solidi come H2, O2, N2, CH4 etc. le molecole mantengono la loro identità, (cristalli molecolari), anche ad alta pressione. In H2 fino a oltre un Mbar ruotano quasi liberamente.
Diagramma di fase di H2, D2 e HD
La riga S(0) (J=02) dello spettro Raman rotazionale in para-H2 (hcp) è un tripletto (m=0, ±2±1). Le componenti si
spostano in frequenza in un modo che può essere calcolato, fino alla transizio-ne alla fase detta BSP (1.2 Mbar) sulla base delle proprietà molecolari e del potenziale (anisotropo) di interazione dell’H2.
Abbiamo infatti esteso la teoria al terzo ordine perturbativo, cosa che ci ha permesso di ricavare il potenziale (anisotropo) di interazione e la distanza inter-nucleare della molecola, in funzione della pressione (o densità).
346 348 350 352 354 356 358 360 362
28.1 nm-3
32.0 nm-3
Inte
nsity
(a.u
.)
Raman shift (cm-1)
100 200 300
340
360
380
400
m=±1
m=±2
m=0
experiment experiment Theory
H2
Freq
uenc
y (c
m-1)
density (mo/l)
0 50 100 150 200 250 300
0.73
0.74
0.75
0.76
Solid5 K
May Moulton Gioe Loubeyre This work
Fluid297 K
H2
r m (Å
)
density (mol/l)
500 m
La luce di un laser ad argon passaattraverso il campione nella DAC, fotografato con un filtro arancio.
Una delle nostre celle ad incudine di diamanti
Miscele gassose ad alta pressione possono formare solidi stechiometrici ordinati, come Ar(H2)2. Le molecole di H2 ruotano quasi liberamente, ma, con 8 molecole per cella primitiva, la struttura delle bande rotoniche è più complicata. L’andamento in pressione della frequenza dei modi si descrive in base ad interazioni tra le molecole e permette di determinare l’interazione anche tra Ar e H2.
0 10 20 30 40 50 60 70
200
250
300
350
400
450
500
Pea
k fre
quen
cy (c
m-1)
Pressure (GPa)
200 300 400 500
P (GPa)
68
52
36
26
16
4
Frequency shift (cm-1)
Spettri Raman in Ar(H2)2 a varie pressioni.
Andamento con la pressione della
frequenza delle eccitazioni in
Ar(H2)2.