Диффузия примесей H₂ и Ne в фуллерите С₆₀. Квантовые эффекты

Abstract

Методом прямого измерения давления исследована кинетика сорбции и последующей десорбции газообразных нормального водорода и неона порошком фуллерита С₆₀ в интервале температур 12–292 К. Исходя из измеренных характеристических времен заполнения молекулами газа октаэдрических междоузлий фуллерита, определены температурные зависимости коэффициентов диффузии примесей Н₂ и Nе в фуллерите. С понижением температуры ниже комнатной наблюдавшееся в обоих растворах уменьшение коэффициентов диффузии примесей сменяется их быстрым ростом ниже 90 К для Н₂ и ниже 100 К для Nе. При самых низких температурах эксперимента температурная зависимость диффузии ослабевает. Обнаруженные особенности объясняются конкуренцией термически активированной диффузии, доминирующей при относительно высоких температурах, и квантовой диффузии, доминирующей при низких температурах.

Методом прямого вимірювання тиску досліджено кінетику сорбції та наступної десорбції газоподібних нормального водню і неону порошком фулериту С₆₀ в інтервалі температур 12–292 К. Виходячи з виміряних характеристичних часів заповнення молекулами газу октаедричних міжвузловин фулериту, визначено температурні залежності коефіцієнтів дифузії домішок Н₂ і Nе у фулериті. Зі зниженням температури нижче кімнатної зменшення коефіцієнтів дифузії домішок, що спостерігалося в обох розчинах, змінюється їхнім швидким зростанням нижче 90 К для Н₂ і нижче 100 К для Nе. При найнижчих температурах експерименту температурна залежність дифузії слабшає. Виявлені особливості пояснюються конкуренцією термічно активованої дифузії, що домінує при відносно високих температурах, і квантової дифузії, яка домінує при низьких температурах.

The kinetics of sorption and subsequent desorption of normal H₂ and Ne gases in a C₆₀ powder has been investigated in the temperature interval 12–292 K by the method of direct pressure measurement. The measured characteristic times during which the octahedral interstitial sites of fullerite were occupied by the gas molecules were used to obtain the temperature dependences of the coefficients of H₂ and Ne diffusion in fullerite. On going below room temperature the diffusion coefficients of the impurities first decreases in both the mixtures and then started to grow fast below 90 K (H₂) and 100 K (Ne). The temperature dependence of the diffusion becomes weak at the lowest temperatures of the experiment. The features revealed are attributed to the competition between the thermally activated diffusion dominant at comparatively high temperatures and the quantum diffusion that prevails at low temperatures.