Librational motion in the α phase of solid nitrogen. III. Spin–Lattice relaxation

The theory of spin–lattice relaxation of Van Kranendonk and Walker is adapted to the α phase of solid nitrogen. The quadrupolar relaxation of the ¹⁴N nucleus by the 'anharmonic Raman process' is calculated for the cubic anharmonic terms obtained from the theory presented in the first paper of this series. Different approximations to the Raich–Mills intermolecular potential are employed. When the expansion of the potential in spherical harmonics is truncated at l = 2, the calculated temperature dependence of T₁ is in satisfactory agreement with the experimental measurements of DeReggi, Canepa, and Scott between 20 and 35 K. Below 15 K the calculated results for T₁, are too long, probably due to the neglect of mixing between the librons and acoustic phonons. When the Raich–Mills potential includes the spherical harmonic terms with l = 4 and l = 6, the relaxation is found to increase by more than a factor of 40, resulting in T₁, becoming much shorter than the experimental results over the high-temperature region. This arises mainly from single-molecule terms of three-fold symmetry in the potential, leading to the suspicion that these terms are unrealistically large.

La théorie de Van Kranendonk et Walker pour la relaxation spin–réseau est adaptée au cas de la phase α de l'azote solide. La relaxation quadrupolaire du noyau ¹⁴N par le "processus Raman anharmonique" est calculée pour les termes anharmoniques cubiques obtenus à partir de la théorie présentée dans le premier article de cette série. Différentes approximations du potentiel intermoléculaire Raich–Mills sont utilisées. Lorsque le développement du potentiel en harmoniques sphériques est coupé à l = 2, le calcul de la variation de T₁ en fonction de la température donne des résultats qui sont en accord avec les mesures effectuées par DeReggi, Canepa et Scott entre 20 et 35 K. Au-dessous de 15 K, le calcul donne des valeurs trop grandes pour T₁ probablement parce qu'on néglige le mélange entre les librons et les phonons acoustiques. Lorsqu'on inclut dans l'expression du potentiel Raich–Mills en harmoniques sphériques les terms l = 4 et l = 6, on trouve que la relaxation augmente par plus qu'un facteur 40, ce qui donne pour T₁ des valeurs bien inférieures aux valeurs expérimentales dans la région des hautes températures. Ceci provient principalement des termes de symétrie triple pour une seule molécule dans le potentiel; on peut donc supposer que ces termes ont des grandeurs peu réalistes.[Traduit par le journal]