ИЗОТОПНЫЙ ЭФФЕКТ И ТУННЕЛИРОВАНИЕ ЛЕГКИХ АТОМОВ В КРИСТАЛЛАХ СЕМЕЙСТВА K₃Н(SО₄)₂ 

Долин С.П.¹, Левин А.А.¹, Солин М.В.², Михайлова Т.Ю.¹

¹Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова РАН

²Физико-химический институт им. Л.Я.Карпова

Характерным свойством интенсивно иследуемых 0D материалов семейства K₃Н(SО₄)₂ является отсутствие низкотемпературного структурного фазового перехода у ряда водородсодержащих кристаллов. В то же время все кристаллы с дейтерием вместо водорода на Н-связях переходят в низкотемпературную дейтеронно-упорядоченную (антисегнетоэлектрическую) фазу. Объяснение можно найти в рамках псевдоcпиновой модели Изинга с туннелированием  путем теоретических расчетов параметров взаимодействия модели Изинга  как на основе (непрямого) электростатического механизма эффективной связи протонов (дейтеронов), так и посредством “безмодельных” расчетов энергий псевдоспиновых кластеров. В обоих подходах наибольший из параметров Изинга близок по величине к параметру туннелирования протонов, но в нескоько раз больше такового для дейтеронов: подразумеваются параметры туннелирования, заимствованные из данных подгонки параметров гамильтониана по экспериментальным данным. Однако, уже простейшие расчеты параметров туннелирования для димеров Н(D)(SО₄)₂ указывают на возможность иной трактовки природы изотопного эффекта.Так, в ряде неэмпирических расчетов без учета корреляции электронов только один из двух нижних уровней протона в двухъямном потенциале для Н-связи располагается ниже вершины барьера. При учете корреляции в рамках теории возмущений (МП2 или МП4) оба уровня протона лежат выше вершины барьера.Подобное поведение означает нарушение обычной модели туннелирования. Рассмотрены результаты проведенных расчетов и охарактеризованы встречающиеся ситуации, возможные из-за аномально коротких расстояний кислород-кислород в водородных связях.

Работа поддержана РФФИ,проект 99-03-33234.