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Spectrométrie de vibration (introduction) François Fillaux

Spectrométrie de vibration (introduction) François Fillaux LADIR-CNRS-Université P. et M. Curie, UMR 7075 2 rue H. Dunant, 94320 Thiais. Etude de la dynamique vibrationnelle à l’échelle des liaisons chimiques Relations entre structure et dynamique

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Spectrométrie de vibration (introduction) François Fillaux

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Presentation Transcript

  1. Spectrométrie de vibration (introduction) François Fillaux LADIR-CNRS-Université P. et M. Curie, UMR 7075 2 rue H. Dunant, 94320 Thiais. Etude de la dynamique vibrationnelle à l’échelle des liaisons chimiques Relations entre structure et dynamique Caractérisation des interactions inter-atomiques Intérêt fondamental et applications Techniques optiques : infrarouge et Raman Diffusion inélastique des neutrons

  2. Quelques propriétés remarquables des neutrons Particule élémentaire neutre sans dimension Spin ½ Taille du neutron ou du proton 10-15 m Masse du neutron1,674 92 86(10) 10-27 kg Masse du proton1,672 62 31(10) 10-27 kg Durée de vie du neutron (886,8 ± 3,4)s  15 min Quantité de mouvement Energie cinétique Vitesse Longueur d’onde 1 eV = 8 065,48(2) cm-1 = 11 604,5(4) K = 241,7970(7) THz

  3. Neutron Scattering Nuclear Cross-section Contrast Penetration Depth (sample weight) Wavelength No Symmetry related Selection Rules Scattering Function: S(Q,w)

  4. Neutron Scattering Les neutrons sont diffusés principalement par les noyaux atomiques Elastic Energy-loss Energy-gain

  5. Sections efficaces de diffusion 1 barn (bn) = 10-24 cm2 H = 82.03 D = 7.64 C = 5.56 O = 4.23 N = 11.53 Neutron scattering lengths and cross sections

  6. Probing Collective Dynamics with INS Infrared Å-1 Raman Å-1 Neutrons Å-1

  7. Q kf ki Neutron Scattering The incident and scattered neutrons are described by planar waves with wave-vectors kiand kf, respectively. The scattering vector is : Q= ki - kf.

  8. Harmonic Oscillator

  9. Harmonic Oscillator

  10. Recoil lines

  11. Laboratoire Léon Brillouin (Saclay) http://www-llb.cea.fr/

  12. Institut Laue-Langevin (Grenoble) http://www.ill.fr/

  13. Inelastic Neutron Scattering at a Reactor Source Three-axes spectrometer

  14. ISIS pulsed neutron source (Chilton) http://www.isis.rl.ac.uk/

  15. Inelastic Neutron Scattering at a Pulsed Source Time-of-flight spectrometer

  16. KH(CF3COO)2 n OH d OH g OH Infrared COO Raman CF3 g OH d OH n OH Neutrons

  17. Potassium Hydrogen Carbonate KHCO3

  18. KHCO3 INS Ei = 4000 cm-1

  19. KHCO3 INS

  20. ½(3N-6)x (3N-5) VIBRATIONAL SPECTROSCOPY Force Fields and INS N atoms 3N - 6 NORMAL MODES ·GF (3N-6)x(3N-6) ·ULU+ Eigenvalues : Frequencies Eigenvectors: Intensities·Infrared: Qi ·Raman : [a]Qi·Neutrons :s<u2>

  21. KHCO3 INS Localised Modes Normal Modes

  22. Quantum rotation: tunnelling The single quantum rotor CH3 BH~ 650 µeV CD3 BD~ 325 µeV

  23. Quantum rotation: tunnelling The single quantum rotor Free Hindered 5 4 Energy 3 2 1 0

  24. 4-METHYL-PYRYDINE(g-picoline) INS spectrum

  25. Spectrométrie de vibration (conclusion) La diffusion inélastique des neutrons est complémentaire des spectrométries optiques, infrarouge et Raman Le transfert de moment fourni des informations sur les masses effectives d’oscillateurs Les intensités peuvent être reliées à la dynamique Pas de règles de sélection dues à la symétrie Etat condensé et Protons Technique lourde

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