Вращение метильных групп и теплопроводность молекулярных кристаллов: этан

Abstract

Исследована теплопроводность твердого этана (C₂H₆) для трех образцов разной плотности в температурном интервале от 35 К и до начала плавления. Во всех случаях изохорная теплопроводность в α- и β-фазах уменьшалась с ростом температуры по зависимости более слабой, чем Λ ∝ 1/T. Такое поведение типично для ориентационно-упорядоченных фаз молекулярных кристаллов и не обнаруживает каких-либо явных особенностей, связанных с вращением метильных групп. Проводится сравнение теплопроводности этана с теплопроводностью некоторых фреонов этанового ряда. Экспериментальные результаты обсуждаются в рамках модели, в которой тепло переносится низкочастотными фононами, а выше границы подвижности — высокочастотными «диффузными» модами.

Досліджено теплопровідність твердого етану (C₂H₆) для трьох зразків різної густини у температурному інтервалі від 35 К і до початку плавлення. У всіх випадках ізохорна теплопровідність у α- та β- фазах зменшувалася з зростанням температури по більш слабкій залежності, ніж Λ ∝ 1/Т. Така поведінка типова для орієнтаційно-упорядкованих фаз молекулярних кристалів, і не виявляє явних особливостей, пов’язаних з обертанням метильних груп. Проводиться зіставлення теплопровідності етану з теплопровідністю деяких фреонів етанового ряду. Експериментальні результати обговорюються у рамках моделі, де тепло переноситься низькочастотними фононами, а вище границі рухомості — «дифузними» модами.

The isochoric thermal conductivity of solid ethane — C₂H₆ has been investigated on three samples of different densities in the temperature interval from 35 K to the onset of melting. In all cases the isochoric thermal conductivity in the α- and β- phases of ethane exhibits a dependence weaker than Λ ∝ 1/T. Such a behavior is typical of the orientationally ordered phases of molecular crystals and reveals no features, connected with the methyl group rotation. A comparison is made with some halogen derivatives of ethane. The experimental results are discussed in the context of a model in which heat is transfered by low-frequency phonons and by «diffusive» modes above the mobility edge.