Microscopic dynamics ofAC60compounds in the plastic, polymer, and dimer phases investigated by inelastic neutron scattering

Abstract

We present inelastic neutron-scattering results for AC 60 (AϭK,Rb,Cs͒ compounds. The spectra of the high-temperature fcc phases strongly resemble the ones of pristine C 60 in the plastic phase. At equal temperatures we find identical rotational diffusion constants for pristine C 60 and Rb 1 C 60 (D r ϭ2.4 10 10 s Ϫ1 at 400 K͒. The changes taking place in the inelastic part of the spectra on cooling AC 60 indicate the formation of strong intermolecular bonds. The buildup of intensities in the gap region separating internal and external vibrations in pure C 60 is the most prominent signature of this transition. The spectra of the low-temperature phases depend on their thermal history. The differences can be explained by the formation of a polymer phase ͑upon slow cooling from the fcc phase͒ and a dimer phase ͑upon fast cooling͒, respectively. The experimental data are analyzed on the basis of lattice dynamical calculations. The density-of-states are well modeled assuming a ͓2ϩ2͔ bond for the polymer and a single intercage bond for the dimer. Indications for different intercage bonding are also found in the internal mode spectra, which, on the other hand, react only weakly to the charge transfer. The dimer phase is metastable and converts into the polymer phase with a strongly temperaturedependent time constant. The transition from the polymer to the fcc phase is accompanied by inelastic precursor effects which are interpreted as the signature of inhomogeneities arising from plastic monomer regions embedded in the polymer phase. In the polymer phase AC 60 compounds show strong anharmonic behavior in the low-temperature region. The possible connection with the metal-to-insulator transition is discussed.

Les excitations dans la matière condensée : vibrations et phonons

“…32 Le premier terme dans cette expression rappelle beaucoup la théorie cinétique. Il décrit le transport de l'énergie par le mouvement balistique des particules entre les différents pas de simulation, d'où son caractère "convectif".…”

Spectroscopie neutronique : un outil idéal pour le scientifique des matériaux

“…4 On doit porter une attention toute spéciale sur ce qui est appelé les « selftermes » Souvent on ne peut les déterminer directement mais il faut les évaluer en utilisant la loi de Newton d'égalité de l'action et de la réaction : 4--: E On trouvera des détails dans la référence [13]. eu (a, i) e, (P, i') = (6) En conséquence tout déplacement des noyaux peut s'exprimer comme une combinaison linéaire de ces vecteurs propres. Les vecteurs propres ej sont reliés à l'opérateur déplacement u (a, l) des noyaux {l} suivant les directions orthogonales {a} via la relation u (a, 1) = :'e, (a, I) a, + e, (a, 1) a' Si tous les atomes participent à un modej alors lei (a, i) 1 est de l'ordre de 1/ (3N), i. e. très petit à l'échelle macroscopique.…”

“…Pour extraire une information quantitative des vibrations de basses fréquences un calcul de dynamique de réseau est indispensable. Dans ce but nous avons employé un modèle hybride combinant des champs de force et des interactions atome-atome dérivées d'un potentiel [6]. Dans ces calculs tous les atomes de carbone sont pris comme des unités dynamiques indépendantes.…”

“…l-< L S` s3 3 X P. r S = D t ¿ ~ 5 Z A X X'`1 § °\e ø s tSS f) F z ou temps après à une valeur supérieure à celle obtenue à la même température lors du chauffage du polymère relaxé (hystérésis). L'intensité relative de la diffusion quasi-élastique permet de faire une bonne estimation de la quantité absolue de monomères présents dans le système [6].…”

Lattice dynamics of a rotor-stator molecular crystal: Fullerene-cubaneC60⋅C8H8

“…The signal was transformed into either the so-called generalized density of states ͓GDOS͑ ͔͒, susceptibility ͓ Љ͑ ͒ / ͔ or into the dynamical structure factor ͓S͑Q , ͔͒, depending on the most convenient representation. 20 Note that we will call "susceptibility" the imaginary part of the susceptibility divided by the frequency. The generalized vibrational density of states can be derived in an extensive ͑0-200 meV͒ energy scale using a relatively large neutron incident wavelength ͑here we used 3 Å corresponding to ϳ9 meV incident energy͒ in up-scattering mode ͑e.g., anti-Stokes scattering͒ and at relatively high temperature ͑300 K͒.…”