Proton-phonon coupling in a hydrogen bonded system

The Hamiltonian for the dynamics of a structural defect in a linear hydrogen bonded system (e.g., one analogous to an excess proton in ice) is developed, including explicit expressions for the coupling between the defect and phonons. The nature of these couplings are discussed and the results of a minimal basis set SCF calculation on a model system presented. The coupling to the longitudinal phonons is found to be very strong.

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Zusammenfassung Der Hamiltonoperator für die Dynamik eines Strukturdefektes in einem linearen System von Wasserstoffbrückenbindungen (etwa analog dem Excessproton in Eis) wird entwickelt samt expliziten Ausdrücken für die Kopplungen zwischen dem Defekt und den Phononen. Die Natur dieser Kopplungen wird diskutiert und die Ergebnisse einer SCF-Rechnung mit minimaler Basis an einem Modell-System dargelegt. Die Kopplung zu den longitudinalen Phononen stellt sich als sehr stark heraus.

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Résumé On a développé l’Hamiltonien de la dynamique d’un défaut structurel dans un système linéaire de liaisons hydrogène (par exemple, un défaut produit dans de la glace par un proton excessif). On a tenu compte explicitement des couplages entre le défaut et les phonons. On a discuté de la nature de ces couplages et on a présenté, pour un système modèle les résultats d’un calcul opérant sur un “self consistent field” (SCF) à ensemble minimal de bases vectorielles. Il s’est révélé que le couplage aux phonons longitudinaux est particulièrement fort.