Термодинамика атомарного монослоя с двухатомными примесями замещения

Анотація

Теоретически исследована низкотемпературная термодинамика двумерной одноатомной кристаллич еской матрицы, содержащей примеси двухатомных молекул. Типичными примерами систем такого рода являются моноатомные слои инеpтных газов (Ne, Ar, Kr, Xe), включающие молекулы типа N₂, O₂ . Еще одним примером служат пленки водорода, представляющие собой смесь орто- и паракомпонентов. Получены выражения, описывающие кристаллическое поле для двухатомной примеси, учитывающие как вклад атомов 2D матрицы, так и поле, создаваемое атомами подложки. Таким образом, эффективное кристаллическое поле оказывается сложной функцией ориентации примеси-ротатора. В частности, равновесная ориентация ротатора существенно зависит от соотношения между амплитудами полей матрицы и подложки. Так, если притяжение со стороны подложки является преобладающим, то в состоянии равновесия ротатор ориентирован перпендикулярно слою, в противном случае равновесная ориентация ротатора соответствует одному из его положений в плоскости слоя. В указанных двух случаях спектры вращательных состояний двухатомных примесей и,следовательно,термодинамические характеристики системы оказываются существенно различными.В темпеpатуpной зависимости примесной теплоемкости системы наблюдается низкотемпературный пик, положение которого отвечает температурам T ~ B/2 (B - вращательная постоянная примеси) для ротаторов, лежащих в плоскости слоя, и T ~ Ö(KB) (K - амплитуда кристаллического поля) для ротаторов, перпендикулярных слою. Такое поведение системы в принципе доступно для экспериментального обнаружения.