Numéro
J. Phys. France
Volume 46, Numéro 1, janvier 1985
Page(s) 83 - 93
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:0198500460108300
J. Phys. France 46, 83-93 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:0198500460108300

Rotation-tunnel de l'ammonium dans l' alumine β

H. Arribart1, 2

1  Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Ecole,Polytechnique, 91128 Palaiseau, France
2  Adresse actuelle : Centre de Recherche de Lacq. Societe Nationale Elf-Aquitaine (Production), BP 34, 64170 Artix, France.


Abstract
We present a study of the NMR spectrum of protons belonging to ammonium ions in ammonium β-alumina, at low temperature. We show that ammonium ions in Beevers-Ross sites undergo a fast rotational tunnelling which gives rise to a strong narrowing of their NMR spectrum, while ammonium ions in mid-oxygen sites are static and give a broad spectrum. By examining a mixed sodium-ammonium sample, we have been able to separate the spectrum of Beevers-Ross ions. The theory of magnetic resonance of protons belonging to NH+4 ions submitted to a fast rotational tunnelling, as formalized by Lalowicz et al., is applied. It yields a very nice agreement with the experimental spectrum. This also allows the stable orientation of the NH4 tetrahedron in the Beevers-Ross site to be determined.


Résumé
Nous présentons une étude du spectre de résonance magnétique des protons appartenant aux ions NH+4 dans l'alumine β à l'ammonium, à basse température. Nous montrons que les ions en site Beevers-Ross sont soumis à une rotation-tunnel rapide qui se manifeste par un rétrécissement de la raie de résonance, alors que les ions en site mid-oxygen apparaissent comme statiques et donnent une raie large. En opérant sur un échantillon mixte sodium-ammonium, nous avons pu isoler le spectre des ions Beevers-Ross. L'application de la théorie du spectre des protons de l'ion ammonium dans le cas d'un rétrécissement par la rotation-tunnel, formalisée par Lalowicz et al., fournit une description remarquablement bonne des spectres expérimentaux et permet de déterminer l'orientation d'équilibre du tétraèdre NH4 dans le site Beevers-Ross.

PACS
6118F - Magnetic resonance techniques; Mössbauer spectroscopy.

Key words
alumina -- ammonia -- molecular reorientation -- proton magnetic resonance -- tunnelling