An Analysis of Inelastic Neutron Scattering by Liquid Methane

The incoherent neutron scattering cross section of molecular liquids is analyzed using a damping function model for correlation functions of molecular translations and rotations. The present approach is different from recent works in that the scattering function is evaluated directly, not through the intermediate scattering function. The damping fuction is determined from a simple relation between its long-wavelength limit and the generalized frequency distribution function, and translation-rotation couplings are assumed to be neglected. A physical model is used for the translational motions of center-of-mass of a molecule, including properly its short-time and long-time behaviors. A simple model for the rotational motions is suggested which relates the damping function to the Fourier transform of the dipole correlation function, or equivalently, the infrared vibrational absorption spectrum. Theoretical absolute scattering intensities are computed for liquid methane and shown to be in satisfactory agreement with both thermal and cold neutron measurements.

분자의 병진운동과 회전운동의 상관함수에 대한 감쇠함수 모델을 사용하여 분자액체의 비간섭중성자 산란단면적을 분석하였다. 이러한 방법은 직접적으로 산란함수를 구한다는 점에서 중간함수를 거치는 종래의 방법과는 판연히 다르다. 감쇠함수는 그장파장극한과 일반진동수 분포함수간의 간단한 관계에서 결정하였고 병진운동과회전 운동의 결합관계는 무시된다고 가정하였다. 분자질량중심의 병진운동은 그 짧은 시간과 장시간에서의 행위를 적절히 기술하는 물리적 모텔을 사용하였고 회전운동은 쌍극상관함수 또는 적외선진동 홈수스펙트럼의 푸리어 변환으로 된 감쇠함수에 관계된다고 가정하였다. 액체메탄에 대한 이론적 절대 산란강도를 계산하였으며 이는 열 및 냉중성자 측정치와 만족할만한 일치를 보여주고 있다.