Теплопроводность твердого тиофена в несоразмерном ориентационном состоянии

Abstract

Измерена теплопроводность твердого тиофена при равновесной упругости пара при 2 К < T < 170 К в последовательности несоразмерных метастабильных ориентационно разупорядоченных фаз II, II₁, II₂ и II₂g с различной степенью ориентационного упорядочения молекул. Установлено, что в фазовых состояниях II, II₁ и II₂ с динамическим ориентационным беспорядком молекул теплопроводность не зависит от температуры. Показано, что температурная зависимость теплопроводности κ(T) ориентационных стекол Vg и II₂g (несоразмерного) не проявляет аномалий, характерных для аморфных веществ и стекол. В состоянии несоразмерного ориентационного стекла II₂g температурная зависимость теплопроводности имеет вид колокола, типичного для теплопроводности кристаллов с дальним ориентационным порядком. В состоянии II₂g с понижением температуры от Tg почти до 10 К теплопроводность растет по закону κ(T) = А/Т + В, где первое слагаемое описывает вклад распространяющихся фононов, средняя длина свободного пробега которых больше, чем половина длины волны фонона. Слагаемое В связано с вкладом локализованных коротковолновых, или «диффузных», колебательных мод. При низких температурах Т ≤ 7 К с ростом температуры наблюдается рост κ(T) α Т³, который соответствует механизму граничного рассеяния фононов.

Виміряно теплопровідність твердого тіофену при рівноважній пружності пари при 2 К < T < 170 К в послідовності нерозмірних метастабільних орієнтаційно розупорядкованих фаз II, II₁, II₂ и II₂g з різним ступенем орієнтаційного впорядкування молекул. Встановлено, що в фазових станах II, II₁ и II₂ з динамічним орієнтаційним безладдям молекул теплопровідність не залежить від температури. Показано, що температурна залежність теплопровідності κ(T) орієнтаційних стекол Vg і II₂g (нерозмірного) не проявляє аномалій, характерних для аморфних речовин і стекол. У стані нерозмірного орієнтаційного скла II₂g температурна залежність теплопровідності має вигляд колоколу, типовий для теплопровідності кристалів з далеким орієнтаційним порядком. У стані II₂g зі зниженням температури від Tg майже до 10 К теплопровідність зростає за законом κ(T) = А/Т + В, де перший доданок описує внесок фононів, що поширюються, у яких середня довжина вільного пробігу більше, ніж половина довжини хвилі фонона. Доданок В пов’язаний із внеском локалізованих короткохвильових, або «дифузних», коливальних мод. При низьких температурах Т ≤ 7 К зі зростанням температури спостерігається зростання κ(T) α Т³, що відповідає механізму граничного розсіювання фононів.

The thermal conductivity of solid thiophene has been measured on a sequence of incommensurate metastable orientationally disordered phases II, II₁, II₂ and II₂g having different degrees of orientational order of molecules. The measurements were performed under the equilibrium vapor tension at T = 2–170 K. It is found that the thermal conductivity is independent of temperature in phases II, II₁ and II₂, characterized by a dynamic orientational disorder of molecules. It is shown that the temperature dependences of the thermal conductivity κ(T) of orientational glasses Vg and II₂g (incommensurate) exhibit no anomalies typical of amorphous substances and glasses. The dependence κ(T) of incommensurate orientational glass II₂g has a bell-like shape characteristic of crystals possessing a long-range orientational order. As the temperature lowers from Tg to ≈ 10 К, the thermal conductivity of phase II₂g increases following the law κ(T) = А/Т + В, where the first term describes the contribution of propagating phonons whose mean free paths are longer than the halfwavelength of the phonon. Term B is a feature of localized short-wavelength, or “diffuse”, vibrational modes. In the low temperature region Т ≤ 7 К, κ(T) α Т³ grows with increasing temperature, which corresponds to the mechanism of boundary phonon scattering.