論文の概要: Giant splitting of the hydrogen rotational eigenenergies in the C$_2$ filled ice
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.14665v1
- Date: Thu, 23 May 2024 15:03:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-24 14:26:04.217863
- Title: Giant splitting of the hydrogen rotational eigenenergies in the C$_2$ filled ice
- Title（参考訳）: C$2$氷中の水素回転エネルギーの巨大分裂
- Authors: Simone Di Cataldo, Maria Rescigno, Lorenzo Monacelli, Umbertoluca Ranieri, Richard Gaal, Stefan Klotz, Jacques Ollivier, Michael Marek Koza, Cristiano De Michele, Livia Eleonora Bove,
- Abstract要約: 水素水和物は、圧力と温度の両方に影響される豊富な相図を示し、いわゆるC$$相は2.5GPa以上で顕著に現れる。
この相では、水素分子は立方体氷のような格子の中に密に充填され、周囲の水分子との相互作用は量子回転力学に大きな影響を与える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Hydrogen hydrates present a rich phase diagram influenced by both pressure and temperature, with the so-called C$_2$ phase emerging prominently above 2.5 GPa. In this phase, hydrogen molecules are densely packed within a cubic ice-like lattice and the interaction with the surrounding water molecules profoundly affects their quantum rotational dynamics. Herein, we delve into this intricate interplay by directly solving the Schr\"{o}dinger's equation for a quantum H$_2$ rotor in the C$_2$ crystal field at finite temperature, generated through Density Functional Theory. Our calculations reveal a giant energy splitting relative to the magnetic quantum number of $\pm$3.2 meV for $l=1$. Employing inelastic neutron scattering, we experimentally measure the energy levels of H$_2$ within the C$_2$ phase at 6.0 and 3.4 GPa and low temperatures, finding remarkable agreement with our theoretical predictions. These findings underscore the pivotal role of hydrogen--water interactions in dictating the rotational behavior of the hydrogen molecules within the C$_2$ phase and indicate heightened induced-dipole interactions compared to other hydrogen hydrates.
- Abstract（参考訳）: 水素水和物は圧力と温度の両方に影響を受け、C$2$相は2.5GPa以上で顕著に現れる。
この相では、水素分子は立方体氷のような格子の中に密に充填され、周囲の水分子との相互作用は量子回転力学に大きな影響を与える。
ここでは、密度汎関数理論により生成される有限温度のC$_2$結晶場における量子H$_2$ローターに対して、Schr\"{o}dinger's equationを直接解いて、この複雑な相互作用を掘り下げる。
我々の計算では、磁気量子数に対して、$l=1$で$\pm$3.2 meVの巨大なエネルギー分割が示される。
非弾性中性子散乱を用いて、C$_2$相中のH$_2$のエネルギー準位を6.0と3.4 GPaと低温で実験的に測定し、理論的な予測と顕著に一致した。
これらの結果は,C$_2$相における水素分子の回転挙動を予測し,他の水素水和物と比較して誘導-双極子相互作用を高めることにおいて,水素-水相互作用が重要な役割を担っていることを示す。
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