Dielectric Spectroscopy of Glassy Dynamics

Structural Glasses and Supercooled Liquids: Theory, Experiment, and Applications

Volumn , Issue , 2012, Pages 115-149

  Lunkenheimer, P ^a   Kohler M ^a   Kastner, S ^a   Loidl, A ^a  

^a UNIVERSITY OF AUGSBURG   (Germany)

Author keywords

Broadband loss spectra, of glass forming liquids; Glassy dynamics by dielectric spectroscopy; Phenomenology of glassy dynamics

Indexed keywords

EID: 84887241149     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1002/9781118202470.ch3     Document Type: Chapter

References (178)

1. M. D. Ediger, C. A. Angell, and S. R. Nagel, J. Phys. Chem. 100, 13200 (1996).
2. C. A. Angell, K. L. Ngai, G. B. McKenna, P. F. McMillan, and S. W. Martin, J. Appl. Phys. 88, 3113 (2000).
3. K. L. Ngai, J. Non-Cryst. Solids 275, 7 (2000).
4. P. Lunkenheimer, U. Schneider, R. Brand, and A. Loidl, Contemp. Phys. 41, 15 (2000).
5. F. Kremer and A. Schonhals (eds), Broadband Dielectric Spectroscopy, Springer, Berlin, 2002.
6. P. Lunkenheimer and A. Loidl, Chem. Phys. 284, 205 (2002).
7. D. W. Davidson and R. H. Cole, J. Chem. Phys. 19, 1484 (1951).
8. F. X. Hassion and R. H. Cole, Nature 172, 212 (1953).
9. S.W. Lovesey, Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter, Clarendon Press, Oxford, 1984.
10. U. Schneider, P. Lunkenheimer, A. Pimenov, R. Brand, and A. Loidl, Ferroelectrics 249, 89 (2001).
11. R. Bohmer,M. Maglione, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, J. Appl. Phys. 65, 901 (1989).
12. Y. Z. Wei and S. Sridhar, Rev. Sci. Instrum. 64, 3041 (1989).
13. G. Q. Jiang,W. H.Wong, E. Y. Raskovich,W. G. Clark,W. A. Hines, and J. Sanny, Rev. Sci. Instrum. 64, 1614 (1993)
14. J. C. Slater, Rev. Mod. Phys. 18, 441 (1946).
15. O. Klein, S. Donovan, M. Dressel, and G. Gruner, Int. J. Infrared Millimeter Waves 14, 2423, 2459, 2489 (1993).
16. L. J. Auchterlonie and I. Y. Ahmed, J. Phys. E 10, 691 (1977).
17. P. K. Yu and A. L. Cullen, Proc. R. Soc. Lond. A 380, 49 (1982).
18. A. C. Lynch, Proc. R. Soc. Lond. A 380, 73 (1982).
19. A. M. Nicholson and G. F. Ross, IEEE Trans. Instrum. Meas. IM-19, 377 (1970).
20. A. A. Volkov, Yu. G. Goncharov, G. V. Kozlov, S. P. Lebedev, and A. M. Prokhorov, Infrared Phys. 25, 369 (1985).
21. A. A. Volkov, G. V. Kozlov, S. P. Lebedev, and A. M. Prokhorov, Infrared Phys. 29, 747 (1989).
22. B. Gorshunov, A. A. Volkov, I. Spektor, A. M. Prokhorov, A. Mukhin, M. Dressel, S. Uchida, and A. Loidl, Int. J. Infrared Millimeter Waves 26, 1217 (2005).
23. J. C. Dyre, Rev. Mod. Phys. 78, 953 (2006).
24. R. Richert, J. Non-Cryst. Solids 172, 209 (1994).
25. H. Sillescu, J. Non-Cryst. Solids 243, 81 (1999).
26. M. D. Ediger, Annu. Rev. Phys. Chem. 51, 99 (2000).
27. K. Schmidt-Rohr and H.W. Spiess, Phys. Rev. Lett. 66, 3020 (1991).
28. R. Bohmer, G. Hinze, G. Diezemann, B. Geil, and H. Sillescu, Europhys. Lett. 36, 55 (1996).
29. B. Schiener, R. Bohmer, A. Loidl, and R. V. Chamberlin, Science 274, 752 (1996).
30. M. T. Cicerone and M. D. Ediger, J. Chem. Phys. 103, 5684 (1995).
31. D. Cangialosi, A. Alegria, and J. Colmenero, J. Chem. Phys. 130, 124902 (2009).
32. S. Havriliak and S. Negami, J. Polymer Sci. C 14, 99 (1966).
33. K. S. Cole and R. H. Cole, J. Chem. Phys. 9, 341 (1941).
34. D. W. Davidson and R. H. Cole, J. Chem. Phys. 18, 1417 (1950).
35. C. J. F. Bottcher and P. Bordewijk, Theory of Electric Polarization, Vol. II, Elsevier, Amsterdam, 1973.
36. R. Kohlrausch, Ann. Phys. 167, 56, 179 (1854).
37. G. Williams and D. C. Watts, Trans. Faraday Soc. 66, 80 (1970).
38. Instead of Ref. 29, often mistakenly an earlier Kohlrausch work is cited, a fact that is discussed in some detail in Physik Journal 3, 27 (2004).
39. C. P. Lindsey and G. D. Patterson, J. Chem. Phys. 73, 3348 (1980).
40. F. Alvarez, A. Alegria, and J. Colmenero, Phys. Rev. B 44, 7306 (1991).
41. C. T. Moynihan, L. P. Boesch, and N. L. Laberge, Phys. Chem. Glasses 14, 122 (1973).
42. J. Jackle, Rep. Prog. Phys. 49, 171 (1986).
43. P. Lunkenheimer, R. Wehn, U. Schneider, and A. Loidl, Phys. Rev. Lett. 95, 055702 (2005).
44. U. Schneider, P. Lunkenheimer, R. Brand, and A. Loidl, Phys. Rev. E 59, 6924 (1999).
45. U. Schneider, P. Lunkenheimer, R. Brand, and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 235-237, 173 (1998).
46. H.Vogel, Phys. Z. 22, 645 (1921).
47. G. S. Fulcher, J. Am. Ceram. Soc. 8, 339 (1923).
48. G. Tammann and W. Hesse, Z. Anorg. Allg. Chem. 156, 245 (1926).
49. F. Stickel, E. W. Fischer, and R. Richert, J. Chem. Phys. 102, 6251 (1995).
50. F. Stickel, E. W. Fischer, and R. Richert, J. Chem. Phys. 104, 2043 (1996).
51. R. Richert and C. A. Angell, J. Chem. Phys. 108, 9016 (1998).
52. V. N. Novikov and A. P. Sokolov, Phys. Rev. E 67, 031507 (2003).
53. A. Schonhals, Europhys. Lett. 56, 815 (2001).
54. S. Capaccioli, M. S. Thayyil, and K. L. Ngai, J. Phys. Chem. B 112, 16035 (2008).
55. T. Hecksher, A. I. Nielsen, N. B. Olsen, and J. C. Dyre, Nat. Phys. 4, 737 (2008).
56. W. T. Laughlin and D. R. Uhlmann, J. Phys. Chem. 76, 2317 (1972).
57. C. A. Angell and W. Sichina, Ann. N.Y. Acad. Sci. 279, 53 (1976).
58. C. A. Angell, Science 267 1924 (1995).
59. R. Bohmer, K. L. Ngai, C. A. Angell, and D. J. Platzek, J. Chem. Phys. 99, 4201 (1993).
60. A. P. Sokolov, E. Rossler, A. Kisliuk, and D. Quitmann, Phys. Rev. Lett. 71, 2062 (1993).
61. C. A. Angell, in K. L. Ngai and G. B. West (eds), Relaxations in Complex Systems, National Technical Information Service, Springfield, 1984, p. 3.
62. D. J. Plazek and K. L. Ngai, Macromolecules 24, 1222 (1991).
63. R. Bohmer and C. A. Angell, Phys. Rev. B 45, 10091 (1992).
64. L. Cipelletti and L. Ramos, J. Phys. Condens. Matter 17, R253 (2005).
65. L. C. Pardo, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, Phys. Rev. E 76, 030502 (2007).
66. A. Pimenov, P. Lunkenheimer, H. Rall, R. Kohlhaas, A. Loidl, and R. Bohmer, Phys. Rev. E 54, 676 (1996).
67. A. Pimenov, P. Lunkenheimer, M. Nicklas, R. Bohmer, A. Loidl, and C. A. Angell, J. Non-Cryst. Solids 220, 93 (1997).
68. R. L. Leheny and S. R. Nagel, Phys. Rev. B 57, 5154 (1998).
69. P. Lunkenheimer, R. Wehn, and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 352, 4941 (2006).
70. R. Wehn, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 353, 3862 (2007).
71. S. Kastner, M. Köler, Y. Goncharov, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 357, 510 (2011).
72. G. P. Johari and M. Goldstein, J. Chem. Phys. 53, 2372 (1970).
73. A. Kudlik, S. Benkhof, T. Blochowicz, C. Tschirwitz, and E. Rossler, J. Mol. Struct. 479, 201 (1999).
74. A. Kudlik, C. Tschirwitz, S. Benkhof, T. Blochowicz, and E. Rossler, Europhys. Lett. 40, 649 (1997).
75. A. Doβ, M. Paluch, H. Sillescu, and G. Hinze, Phys. Rev. Lett. 88, 095701 (2002).
76. A. Hofmann, F. Kremer, E. W. Fischer, and A. Schonhals, in R. Richert and A. Blumen (eds), Disorder Effects on Relaxational Processes, Springer, Berlin, 1994, p. 659.
77. R. L. Leheny and S. R. Nagel, Europhys. Lett. 39, 447 (1997).
78. R. Brand, P. Lunkenheimer, U. Schneider, and A. Loidl, Phys. Rev. Lett. 82, 1951 (1999).
79. P. K. Dixon, L. Wu, S. R. Nagel, B. D. Williams, J. P. Carini, Phys. Rev. Lett. 65, 1108 (1990).
80. U. Schneider, R. Brand, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, Phys. Rev. Lett. 84, 5560 (2000).
81. S. Hensel-Bielowka, S. Pawlus, C. M. Roland, J. Zioło, and M. Paluch, Phys. Rev. E 69, 050501 (2004).
82. J. Mattson, R. Bergman, P. Jacobsson, and L. Borjesson, Phys. Rev. Lett. 90, 075702 (2003).
83. T. Blochowicz and E. A. Rossler, Phys. Rev. Lett. 92, 225701 (2004).
84. K. L Ngai, P. Lunkenheimer, C. León, U. Schneider, R. Brand, and A. Loidl, J. Chem. Phys. 115, 1405 (2001).
85. S. Hensel-Bielowka and M. Paluch, Phys. Rev. Lett. 89, 025704 (2002).
86. F. H. Stillinger, Science 267 1935 (1995).
87. M. Vogel and E. Rossler, J. Chem. Phys. 114, 5802 (2001).
88. J. S. Harmon, M. D. Demetriou, W. L. Johnson, and K. Samwer, Phys. Rev. Lett. 99, 135502 (2007).
89. C. Gainaru, O. Lips, A. Troshagina, R. Kahlau, A. Brodin, F. Fujara, and E. A. Rossler, J. Chem. Phys. 128, 174505 (2008).
90. R. V. Chamberlin, Phys. Rev. B 48, 15638 (1993).
91. R. V. Chamberlin, Phys. Rev. Lett. 82, 2520 (1999).
92. W. Gotze and M. Sperl, Phys. Rev. Lett. 92, 105701 (2004).
93. M. Sperl, Phys. Rev. E 74, 011503 (2006).
94. K. L. Ngai and M. Paluch, J. Chem. Phys. 120, 857 (2004).
95. K. L. Ngai, Phys. Rev. E 57, 7346 (1998).
96. K. L. Ngai, J. Phys. Condens. Matter 15, S1107 (2003).
97. M. S. Thayyil, S. Capaccioli, D. Prevosto, and K. L. Ngai, Philos. Mag. 88, 4007 (2008).
98. M. Paluch, S. Pawlus, S. Hensel-Bielowka, E. Kaminska, D. Prevosto, S. Capaccioli, P. A. Rolla, and K. L. Ngai, J. Chem. Phys. 122, 234506 (2005).
99. A. Arbe, D. Richter, J. Colmenero, and B. Farago, Phys. Rev. E 54, 3853 (1996).
100. E. Donth, K. Schroter, and S. Kahle, Phys. Rev. E 60, 1099 (1999).
101. A. Arbe, J. Colmenero, D. Gómez, D. Richter, and B. Farago, Phys. Rev. E 60, 1103 (1999).
102. M. Paluch, C. M. Roland, S. Pawlus, J. Zioło, and K. L. Ngai, Phys. Rev. Lett. 91, 115701 (2003).
103. F. Garwe, A. Schonhals, H. Lockwenz, M. Beiner, K. Schroter, and E. Donth, Macromolcules 29, 247 (1996).
104. F. Alvarez, A. Hofmann, A. Alegria, and J. Colmenero, J. Chem. Phys. 105, 432 (1996).
105. T. Fujima, H. Frusawa, and K. Ito, Phys. Rev. E 66, 031503 (2002).
106. R. Nozaki, H. Zenitani, A. Minoguchi, and K. Kitai, J. Non-Cryst. Solids 307-310, 349 (2002).
107. R. Brand, P. Lunkenheimer, U. Schneider, and A. Loidl, Phys. Rev. B 62, 8878 (2000).
108. J. C. Dyre and N. B. Olsen, Phys. Rev. Lett. 91, 155703 (2003).
109. M. Kohler, P. Lunkenheimer, Y. Goncharov, R.Wehn, and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 356, 529 (2010).
110. K. L. Ngai, K. Grzybowska, A. Grzybowski, E. Kaminska, K. Kaminski, M. Paluch, and S. Capaccioli, J. Non-Cryst. Solids 354, 5085 (2008).
111. U. Bengtzelius, W. Gotze, and A. Sjolander, J. Phys. C 17, 5915 (1984).
112. E. Leutheusser, Phys. Rev. A 29, 2765 (1984).
113. W. Gotze, Z. Physik B 60, 195 (1985).
114. W. Gotze and L. Sjogren, Rep. Prog. Phys. 55, 241 (1992).
115. W. Gotze, Complex Dynamics of Glass-Forming Liquids, Oxford University Press, Oxford, 2009.
116. G. Li, W. M. Du, X. K. Chen, and H. Z. Cummins, Phys. Rev. A 45, 3867 (1992).
117. G. Li, W. M. Du, A. Sakai, and H. Z. Cummins, Phys. Rev. A 46, 3343 (1992).
118. H. Z. Cummins, W. M. Du, M. Fuchs, W. Gotze, S. Hildebrand, A. Latz, G. Li, and N. J. Tao, Phys. Rev. E 47, 4223 (1993).
119. J. Wuttke, J. Hernandez, G. Li, G. Coddens, H. Z. Cummins, F. Fujara, W. Petry, and H. Sillescu, Phys. Rev. Lett. 72, 3052 (1994).
120. P. Lunkenheimer, A. Pimenov, M. Dressel, Yu. G. Goncharov, R. Bohmer, and A. Loidl, Phys. Rev. Lett. 77, 318 (1996).
121. P. Lunkenheimer, A. Pimenov, and A. Loidl, Phys. Rev. Lett. 78, 2995 (1997).
122. J. Wuttke, M. Ohl, M. Goldammer, S. Roth, U. Schneider, P. Lunkenheimer, R. Kahn, B. Rufflé, R. Lechner, and M. A. Berg, Phys. Rev. E 61, 2730 (2000).
123. M. Goldammer,C. Losert, J.Wuttke,W. Petry, F.Terki, H. Schober, and P. Lunkenheimer, Phys. Rev. E 64, 021303 (2001).
124. L. Bohm, D. L. Smith, and C. A. Angell, J. Mol. Liq. 36, 153 (1987).
125. C. Liu and C. A. Angell, J. Chem. Phys. 93, 7378 (1990).
126. C. A. Angell, L. Bohm, M. Oguni, and D. L. Smith, J. Mol. Liq. 56, 275 (1993).
127. R. H. Cole and E. Tombari, J. Non-Cryst. Solids 131-133, 969 (1991).
128. K. L. Ngai, U. Strom, and O. Kanert, Phys. Chem. Glasses 33, 109 (1992).
129. D. L. Sidebottom, P. F. Green, and R. K. Brow, J. Non-Cryst. Solids 203, 300 (1995).
130. P. Lunkenheimer and A. Loidl,in F. Kremer and A. Schonhals (eds), Broadband Dielectric Spectroscopy, Chapter 5, Springer, Berlin, 2002.
131. P. Lunkenheimer, A. Pimenov, M. Dressel, B. Gorshunov, U. Schneider, B. Schiener, and A. Loidl, ACS Symp. Ser. 676, 168 (1997).
132. P. Lunkenheimer, Glassy Dynamics, Shaker, Aachen, 1999.
133. P. Lunkenheimer, L. C. Pardo, M. Kohler, and A. Loidl, Phys. Rev. E 77, 031506 (2008).
134. V. K. Malinovsky and A. P. Sokolov, Solid State Commun. 57, 757 (1986).
135. P. Lunkenheimer and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 352, 4556 (2006).
136. S. R. Elliott, Physics of Amorphous Materials, Longman Scientific&Technical, Harlow, 1990.
137. V. G. Karpov, M. I. Klinger, and F. N. Ignatiev, Sov. Phys. JETP 57, 439 (1983).
138. U. Buchenau, Yu. M. Galperin, V. L. Gurevich, D. A. Parshin, M. A. Ramos, and H. R. Schober, Phys. Rev. B 46, 2798 (1992).
139. S. R. Elliott, Europhys. Lett 19, 201 (1992).
140. V. K. Malinovsky, V. N. Novikov, and A. P. Sokolov, J. Non-Cryst. Solids 90, 485 (1987).
141. W. Schirmacher, G. Diezemann, and C. Ganter, Phys. Rev. Lett. 81, 136 (1998).
142. W. Gotze and M. R. Mayr, Phys. Rev. E 61, 587 (2000).
143. R. Casalini and C. M. Roland, J. Chem. Phys. 119, 11951 (2003).
144. R. Casalini and C. M. Roland, Phys. Rev. Lett. 91, 015702 (2003).
145. S. Pawlus, S. Hensel-Bielowka, K. Grzybowska, J. Zioło, and M. Paluch, Phys. Rev. B 71, 174107 (2005).
146. R. Casalini and C. M. Roland, Phys. Rev. B 69, 094202 (2004).
147. K. Grzybowska, A. Grzybowski, S. Pawlus, S. Hensel-Bielowka, and M. Paluch, J. Chem. Phys. 123, 204506 (2005).
148. K. Grzybowska, S. Pawlus, M. Mierzwa, M. Paluch, and K. L. Ngai, J. Chem. Phys. 125, 144507 (2006).
149. T. Hayakawa and K. Adachi, Polymers 42 1725 (2001).
150. M. Paluch, R. Casalini, S. Hensel-Bielowka, and C. M. Roland, J. Chem. Phys. 116, 9839 (2002).
151. K. L. Ngai and M. Paluch, J. Phys. Chem. B 107, 6865 (2003).
152. A. Schonhals, F. Kremer, A. Hofmann, E. W. Fischer, and E. Schlosser, Phys. Rev. Lett. 70, 3459 (1993).
153. Additional uncertainty of τα(241K) arises from the fact that at that temperature the α-peak was outside the investigated frequency window (Fig. 3.6b) and an assumption on the peak height had to be made to arrive at a reasonable estimate of the relaxation time.
154. L. C. Pardo, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, Phys. Rev. E 76, 030502 (2007).
155. N. B. Olsen, T. Christensen, and J. C. Dyre, Phys. Rev. Lett 86, 1271 (2001).
156. A. Brodin, C. Gainaru, V. Porokhonskyy, and E. A. Rossler, J. Phys. Condens. Matter 19, 205104 (2007).
157. P. Lunkenheimer, U. Schneider, R. Brand, and A. Loidl, AIP Conf. Proc. 469, 433 (1999).
158. P. Lunkenheimer, R. Wehn, Th. Riegger, and A. Loidl, J. Non-Cryst. Solids 307-310, 336 (2002).
159. Here one should note that the justification for using a simple additive superposition of different contributions to ε __ may be doubted and alternatives were promoted [82]. However, usually the convolution approach proposed, for example, in Ref. 82 leads to similar results [84,108].
160. T. Psurek, S. Maslanka, M. Paluch, R. Nozaki, and K. L. Ngai, Phys. Rev. E 70, 011503 (2004).
161. H. Yardimci and R. L. Leheny, J. Chem. Phys. 124, 214503 (2006).
162. N. B. Olsen, J. Non-Cryst. Solids 235-237, 399 (1998).
163. N. B. Olsen, T. Christensen, and J. C. Dyre, Phys. Rev. E 62, 4435 (2000).
164. D. Prevosto, S. Capaccioli, M. Lucchesi, P. A. Rolla, and K. L. Ngai, J. Chem. Phys. 120, 4808 (2004).
165. E. Kaminska, K. Kaminski, M. Paluch, and K. L. Ngai, J. Chem. Phys. 124, 164511 (2006).
166. W. M. Du, G. Li, H. Z. Cummins, M. Fuchs, J. Toulouse, and L. A. Knauss, Phys. Rev. E 49, 2192 (1994).
167. E. Rossler, V. N. Novikov, and A. P. Sokolov, Phase Transit. 63, 201 (1997).
168. W. Gotze, J. Phys. Condens. Matter 11, A1 (1999).
169. H. Z. Cummins, G. Li, Y. H. Hwang, G. Q. Shen, W. M. Du, J. Hernandez, and N. J. Tao, Z. Phys. 103, 501 (1997).
170. H. Z. Cummins, J. Phys. Condens. Matter 11, A95 (1999).
171. A. Yoshihara, H. Sato, and S. Kojima, Prog. Theor. Suppl. 126, 423 (1996).
172. A. Yoshihara, H. Sato, and S. Kojima, Jpn. J. Appl. Phys. 35, 2925 (1996).
173. A. Yoshihara, H. Sato, K. Takanashi, and S. Kojima, Physica B 219, 273 (1996).
174. T. Franosch, W. Gotze, M. R. Mayr, and A. P. Singh, Phys. Rev. E 55, 3183 (1997).
175. W. Gotze and T. Voigtmann, Phys. Rev. E 61, 4133 (2000).
176. P. Rosner, K. Samwer, and P. Lunkenheimer, Europhys. Lett. 68, 226 (2004).
177. R. Brand, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, J. Chem. Phys. 116, 10386 (2002).
178. S. A. Kivelson and G. Tarjus, Nat. Mater. 7, 831 (2008).