Resolving the Arrhenius Paradox by Isochoric Analysis of Rotational Barriers in Molecular Glasses

等容过程 材料科学 阿累尼乌斯方程 热力学 旋转动力学 物理化学 工作(物理) 凝聚态物理 分子动力学 制冷剂 化学物理
作者
Anonymous,Alfred Błażytko,Riccardo Casalini,Marian Paluch
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:136 (18): 188202-188202
标识
DOI:10.1103/jpnz-xfbj
摘要

The Arrhenius model has long provided a framework for describing thermally activated processes in solids, linking temperature to relaxation dynamics through a fixed activation barrier. Yet in molecular glasses, it routinely produces unphysically low preexponential factors, τ_{0}^{*}, raising fundamental questions about the physical meaning of the extracted parameters. Here, we resolve this long-standing paradox by showing that the activation energy decreases linearly with temperature as a consequence of density-driven variations of the barrier. Using a constant-volume approach combining broadband dielectric spectroscopy with pressure-volume-temperature analysis, we separate thermal and density contributions and directly quantify energy barriers. The results confirm theoretical predictions made fifty years ago but never experimentally verified. Neglecting the temperature dependence of activation energy systematically inflates barrier heights and drives anomalously low τ_{0}^{*} in conventional Arrhenius fits, leading to misleading conclusions about glassy dynamics. This effect is observed for both intramolecular secondary relaxations and intermolecular processes of the Johari-Goldstein relaxation type, highlighting the generality of the mechanism. Our Letter sets a new standard for interpreting secondary relaxation processes and provides a physically justified framework for analyzing thermally activated dynamics across a wide range of amorphous materials.
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