Low Temperature Physics: 45, 676 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5103261
Физика Низких Температур: Том 45, Выпуск 6 (Июнь 2019), c. 789-803    ( к оглавлению , назад )

Hydrogen atom catalyzed ortho-to-para conversion in solid molecular hydrogen

A.I. Strom, K.L. Fillmore, and D. T. Anderson

Department of Chemistry, University of Wyoming, Laramie, WY 82071–3838, USA
E-mail: danderso@uwyo.edu

Received April 9, 2019, published online April 26, 2019

Анотація

ІЧ спектроскопія використовується для дослідження процесу орто-пара (о/п) конверсії в зразках твердого молекулярного водню, які доповані малими концентраціями (10–50 ppm) атомів водню (H-атомів) в якості домішки. H-атоми генеруються з використанням фотолізу in situ 193 нм домішкових молекул N2O. Для кристалів водню з відносно низькими початковими долями орто-Н2 (Xo ≤ 0,03) кінетика конверсії о/п при температурах 1,8 та 4,0 К відповідає кінетичним рівнянням, отриманим раніше для каталізованої атомами водню о/п конверсії. Виміряна кінетика о/п конверсії, яка каталізована Н-атомами, показує, що Н-атоми в цих умовах рухливі відповідно до попередніх вимірів ЕСР. Припускається, що Н-атоми дифундують за допомогою механізму квантового тунелювання, який описується як хімічна дифузія. Детальна підгонка виміряних кінетичних даних щодо о/п конверсії дозволяє визначити початкову концентрацію Н-атомів після фотолізу, виходячи з літературних значень константи швидкості рекомбінації Н-атомів (Н + Н → Н2). Виміряна кінетика о/п перетворення показує, що спостережена о/п конверсія набагато менше, ніж очікувалося виходячи з раніше виміряної константи швидкості рекомбінації Н-атомів. Таким чином, слід при-пустити, що Н-атоми не дифундують випадковим чином крізь кристал, а переміщуються, скоріше, переважно в області з високим вмістом пара-водню. Оцінені концентрації H-атомів в цьому дослідженні узгоджуються з попередніми вимірюваннями ЕСР, але суперечать кінетичним дослідженням реакцій H-атомів з різними домішками, такими як N2O.

Ключові слова: твердий водень, квантове тверде тіло, орто-пара конверсія, квантова дифузія, конверсія ядерних спинів, квантово-механічне тунелювання.