Study of the Depolarized Light Scattering Spectra of Supercooled Liquids by a Simple Mode-Coupling Model

By using simple mode coupling equations, we investigate the depolarized light scattering spectra of two so-called "fragile" glassforming liquids, salol (phenylsalicylate) and CKN (Ca_{0.4}K_{0.6}(NO_3)_{1.4}), measured by Cummins and coworkers. Nonlinear integrodifferential equations for the time evolution of the density-fluctuations autocorrelation functions are the basic input of the mode coupling theory. Restricting ourselves to a small set of such equations, we fit the numerical solution to the experimental spectra. It leads to a good agreement between model and experiment, which allows us to determine how a real system explores the parameter space of the model, but it also leads to unrealistic effective vertices in a temperature range where the theory makes critical asymptotic predictions. We finally discuss the relevance and the range of validity of these universal asymptotic predictions when applied to experimental data on supercooled liquids.Comment: 31 LaTeX pages using overcite.sty, 10 postscript figures, accepted in J. Chem. Phy

A Pressure-Induced Incommensurate Phase in Ammonium Hydrogen Oxalate Hemihydrate

We report evidence for the existence of a new incommensurate phase in a crystal of ammonium hydrogen oxalate hemihydrate. This phase is remarkable in two aspects: it exists only above a critical pressure Pc, and the incommensurate wave vector, which is parallel to the vector c* of the reciprocal lattice, has the largest variation ever reported, varying continuously from 0.147c* at 4.3 kbar to ~ 0.25c* at the maximum pressure (8 kbar) used to date

The low frequency Raman spectrum in relation to the phase transition of KH3(SeO3)2

The low frequency Raman spectrum of KTS has been recorded and analysed above Tc at 1 bar and 8 kbars, in the B3g geometry which corresponds to the low temperature static deformation. The spectra clearly show the existence of a proton mode below 50 cm-1; the analysis shows that quantum effects and the proton coupling with an optic mode around 40 cm-1 play minor roles in the transition mechanism. On the contrary, the interaction between the protons turns out to be classical in nature, their dynamics is of the relaxation type (with a relaxation time τ = (27 cm-1)-1) and their coupling with the B3g deformation is very important : all those effects stress the large difference between KH2PO4 and KTS in spite of the large sensitivity, to deuteration, of their critical temperature Tc.Le spectre Raman de basse fréquence de KTS a été mesuré et analysé au-dessus de Tc à 1 bar et 8 kbars, dans la géométrie B3g correspondant à la déformation statique de basse température. Les spectres montrent clairement l'existence d'un mode de proton au-dessous de 50 cm-1 1 et l'analyse établit que les effets quantiques et le couplage des protons avec un mode optique vers 40 cm-1 ne jouent guère de rôle dans le mécanisme de la transition. En revanche, il s'avère que l'interaction entre les protons est de type classique, que ces derniers ont une dynamique relaxationnelle (avec un temps de relaxation τ = (27 cm -1)-1) et que leur couplage avec la déformation B3g est très important : toutes ces propriétés soulignent la grande différence entre KH2PO4 et KTS malgré la grande sensibilité, à la deutération, de leurs températures critiques Tc

Experimental observation of a soft mode in ammonium hydrogen oxalate hemihydrate by Brillouin scattering

Ammonium hydrogen oxalate hemihydrate, NH4HC2O 4,1/2 H2O exhibits a second order ferroelastic phase transition at Tc = 145.6 K. The behaviour of some elastic constants with temperature has been studied by Brillouin scattering. We observed that a xz shear deformation of the unit cell is accompanied by a softening of the C55 elastic constant. The experimental results are in good agreement with a Landau theory which takes into account the simultaneous coupling of a soft optic mode with several deformations. The role of the permanent low temperature shear deformation in the analysis of the data is emphasized.L'oxalate acide d'ammonium : NH4HC2O4, 1/2 H2O subit à Tc = 145,6 K une transition de phase ferroélastique du 2e ordre. Nous avons étudié par diffusion Brillouin l'évolution des constantes élastiques en fonction de la température. Le cisaillement de la maille suivant xz est accompagne d'un amollissement de la constante élastique C55, qui s'annule à Tc. Les résultats expérimentaux sont en accord avec une théorie de Landau qui tient compte du couplage d'un mode optique instable simultanément avec plusieurs déformations. L'influence particulière de la déformation statique de cisaillement à basse température est analysée en détail

A Raman signature of the incommensurate-commensurate phase transition (lock-in) in a crystalline monomer diacetylene : pTS

The low frequency polarized Raman spectra of monomer pTS crystals have been studied as a function of temperature. We observe two features associated with the incommensurate phase, which exists between Ti ~ 200 K and T1 ~ 155 K, and the related phase transitions. A soft mode (ampliton) is detected at all temperatures below Ti - 15 K and corresponds to a displacive behaviour in this temperature range. A line at 13 cm-1 is present only in the incommensurate phase. A possible mechanism for the detection of that line in this sole phase is discussed and shown to be in complete agreement with the neutron and I.R. data.Nous avons mesuré, en fonction de la température, les spectres Raman polarisés de basse fréquence d'un cristal de pTS monomère. Nous observons deux modes associés à la phase incommensurable (qui existe entre Ti ~ 200 K et T1 ~ 155 K) et aux transitions de phase correspondantes. Le mode mou (ampliton) est détecté à toute température en dessous de T i - 15 K, en accord avec un caractère displacif de la distorsion dans ce domaine de température. Un mode à 13 cm-1 n'existe que dans la phase incommensurable. Nous proposons un mécanisme pour expliquer la détection de ce mode dans cette seule phase et montrons que nos résultats sont en accord avec les données neutroniques et I.R

Phase transition in C2_{\bf 2}O4_{\bf 4}DND4_{\bf 4}, 1/2{\bf 1}/{\bf 2}D2_{\bf 2}O : a coherent inelastic neutron scattering study

The low frequency dynamics related to the second order transition which takes place in ammonium deuterated oxalate has been investigated by coherent inelastic neutron scattering. This transition leads to a ferroelastic phase at zero presure and to an incommensurate phase at 5kbar. At both pressures, our experiments show that the coupling between a reorientation motion of one family of ND$^+_4$ ions and the TA phonons propagating along $\mathbf{c}^\mathbf{\ast}$ and polarized along a drives the transition, the ND$_4^+$ being coupled through a pressure dependent ANNNI model. Weak changes in the parameters explain the changes with pressure of the static and dynamical properties of the transition.On étudie la dynamique de basse fréquence liée à la transition de phase du deuxième ordre de l'oxalate d'ammonium deutéré, par diffusion cohérente inélastique des neutrons. Cette transition est ferroélastique à pression atmosphérique, et conduit à une phase modulée à 5kbar. Dans les deux cas, les expériences montrent que le méchanisme de la transition est le couplage entre les phonons TA qui se propagent suivant $\mathbf{c}^\mathbf{\ast}$ et sont polarisés suivant $\mathbf{a}$ et un mode de réorientations d'une famille d'ions ND$_4^+$. Ces derniers sont couplés par interactions de type ANNNI qui dépendent de la pression. De faibles changements des valeurs des paramètres entre les deux pressions suffisent à expliquer des comportements statiques et dynamiques différents

Phase transitions in C2O4H NH4 1/2 H2O : a light scattering study of the high pressure phase

AHO exhibits, at normal pressure, a ferroelastic, second order phase transition at 145 K (160 K for AHOD). A new phase (phase III) has been identified under pressure, by its characteristic Raman features. One specific aspect is the existence of two low energy modes, the frequency of which is highly pressure dependent. Phase III has been shown in [6] to be incommensurate with a wave vector q0//c*, q0 strongly varying with pressure. These low frequency modes are acoustic phonons belonging to two branches activated by the incommensurability, and we propose that phase III would be, as phase II, produced by the ordering of ammonium ions linearly coupled to the third acoustic branch, this coupling taking place at q0 for phase III and at the zone center for phase II. This mechanism explains the behaviour of a central peak detected in the B2g geometry.AHO présente, à la pression ordinaire, une transition de phase ferroélastique du deuxième ordre à 145 K (160 K pour AHOD). Une nouvelle phase (phase III) apparaît sous pression, que nous avons identifiée par les propriétés spécifiques de son spectre Raman. Celui-ci se caractérise, en particulier, par deux modes de basse énergie, dont la fréquence varie fortement avec la pression. La phase III est incommensurable, avec un vecteur d'onde q0//c*, dont le module dépend de la pression [6]. Ces modes de basse fréquence sont deux phonons acoustiques, rendus actifs par l'incommensurabilité, et nous proposons que la phase III soit, comme la phase II, due à une mise en ordre des ions ammoniums : leur orientation serait couplée à la troisième branche acoustique, ce couplage se faisant à q0 en phase III, et en centre de zone en phase II. Ce mécanisme explique le comportement d'un pic central détecté en symétrie B2g

Phase transitions in C2O4HNH4, 1/2 H2O. A light scattering study at normal pressure

C2O4HNH4, 1/2 H2O undergoes, at Tc = 145 K, a second order ferroelastic transition. The present Raman study allows us to identify the soft degree of freedom responsible for the transition as the ordering of one family of NH+4 ions. This ordering process appears as a central peak which displays a critical narrowing in the vicinity of Tc. Nevertheless, its linewidth is minimum not at Tc but below Tc . The combined analysis of its intensity and linewidth shows that this unusual behaviour is due to the evolution of the individual ionic relaxation time. The latter is strongly modified, below Tc, by the inequivalence between the two potential wells, as well as by the change of the potential barrier. This model gives quantitative agreement with our results.Dans C2O4HNH4, 1/2 H2O, il existe une transition ferroélastique du deuxième ordre à Tc = 145 K. L'étude par diffusion Raman présentée ici permet de montrer que le degré de liberté responsable de la transition est la mise en ordre d'une famille d'ions NH+4. La dynamique correspondante apparaît sous la forme d'un pic central qui présente un rétrécissement critique à Tc. La largeur de ce pic n'est cependant pas minimale à Tc, mais à environ 10 degrés en dessous. L'analyse simultanée de son intensité et de sa largeur a montré que ce comportement inhabituel est dû à l'évolution du temps de relaxation individuel des ions. Celuici varie fortement en dessous de Tc à cause de l'inéquivalence entre les deux puits de potentiel, et aussi à cause du changement de la hauteur de cette barrière. Ce modèle permet un accord quantitatif avec nos résultats