J. Phys. France 34, 473-481 (1973)
DOI: 10.1051/jphys:01973003405-6047300

Neutron scattering and cation rotational motion in tetramethylammonium manganese chloride

B. Lassier¹, C. Brot¹ et J.W. White<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Physicochimie des Rayonnements Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France
²  Physical Chemistry Laboratory, Oxford (England)

Abstract
The scattering of neutrons by a polycrystalline sample of tetramethylammonium manganese chloride has been measured for 0-500 cm-1 energy transfers, both below and above the phase transition at 128 K. In the 0-50 cm-1 region, which reflects the rotational motion of the polyatomic cations, the scattered spectrum exhibits an inelastic peak at low temperature, but only a shoulder extending from the quasi-elastic peak in the high temperature phase. These spectra are semi-quantitatively interpreted by a model which assumes that the tetramethylammonium ions experience a three-well crystalline field and random torque-impulses for simulating the contact with the thermal bath. The fit of this model to the experimental data shows that the potential barrier is sufficiently high in the low temperature phase for the cations to perform a librational motion of relatively long duration in a given well. By contrast, in the high temperature phase, the motion is rather that of a slightly hindered rotator.

Résumé
La diffusion des neutrons par un échantillon polycristallin de chlorure de manganèse tétraméthylammonium a été mesurée pour des transferts d'énergie compris entre 0 et 500 cm-1, en dessous et au-dessus de la transition de phase à 128 K. Dans la région 0-50 cm-1, qui reflète le mouvement rotationnel des cations polyatomiques, le spectre diffusé présente un pic inélastique en basse température, mais seulement un épaulement prolongeant la zone quasi élastique en phase haute température. Ces spectres sont interprétés semi-quantitativement par un modèle qui suppose que les ions tétraméthylammonium sont soumis à un champ cristallin à trois puits et à des impulsions aléatoires de couple pour simuler le contact avec le bain thermique. L'ajustement du modèle aux résultats expérimentaux indique que la barrière de potentiel est assez haute en phase basse température pour que les cations restent longtemps en état de libration dans un des puits. En phase haute température par contre le mouvement est celui d'un rotateur faiblement gêné.

PACS
6470K - Solid-solid transitions.
6112E - Neutron scattering (including small-angle scattering).

Key words
neutron diffraction examination of materials -- organic compounds -- solid state phase transformations