The dielectric relaxation in three glass-forming molecular liquids, 1-methylindole (1MID), 5H-5-Methyl-6,7-dihydrocyclopentapyrazine (MDCP), and Quinaldine (QN) is studied focusing on the secondary relaxation and its relation to the structural α-relaxation. All three glass-formers are rigid and more or less planar molecules with related chemical structures but have dipoles of different strengths at different locations. A strong and fast secondary relaxation is detected in the dielectric spectra of 1MID, while no resolved β-relaxation is observed in MDCP and QN. If the observed secondary relaxation in 1MID is identified with the Johari-Goldstein (JG) β-relaxation, then apparently the relation between the α- and β-relaxation frequencies of 1MID is not in accord with the Coupling Model (CM). The possibility of the violation of the prediction in 1MID as due to either the formation of hydrogen-bond induced clusters or the involvement of intramolecular degree of freedom is ruled out. The violation is explained by the secondary relaxation originating from the in-plane rotation of the dipole located on the plane of the rigid molecule, contributing to dielectric loss at higher frequencies and more intense than the JG β-relaxation generated by the out-of-plane rotation. MDCP has smaller dipole moment located in the plane of the molecule; however, presence of the change of curvature of dielectric loss, ε″(f), at some frequency on the high-frequency flank of the α-relaxation reveals the JG β-relaxation in MDCP and which is in accord with the CM prediction. QN has as large an in-plane dipole moment as 1MID, and the absence of the resolved secondary relaxation is explained by the smaller coupling parameter than the latter in the framework of the CM.

1.
Y. H.
Liu
,
T.
Fujita
,
D. P.
Aji
,
M.
Matsuura
, and
M. W.
Chen
,
Nat. Commun.
5
,
3238
(
2014
).
2.
C. A.
Angell
,
K. L.
Ngai
,
G. B.
McKenna
,
P. F.
McMillan
, and
S. W.
Martin
,
J. Appl. Phys.
88
,
3113
(
2000
).
4.
F.
Kremer
and
A.
Schönhals
,
Broadband Dielectric Spectroscopy
(
Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K
,
2003
).
5.
K.
Schmidt-Rohr
and
H. W.
Spiess
,
Phys. Rev. Lett.
66
,
3020
(
1991
).
6.
R.
Böhmer
,
G.
Diezemann
,
B.
Geil
,
G.
Hinze
,
A.
Nowaczyk
, and
M.
Winterlich
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
135701
(
2006
).
7.
K. L.
Ngai
,
Relaxation and Diffusion in Complex Systems
(
Springer Science & Business Media
,
New York
,
2011
).
8.
E.
Butta
,
S.
De Petris
, and
M.
Pasquini
,
J. Appl. Polym. Sci.
13
,
1073
(
1969
).
9.
K. L.
Ngai
,
J. Chem. Phys.
109
,
6982
(
1998
).
10.
K. L.
Ngai
and
M.
Paluch
,
J. Chem. Phys.
120
,
857
(
2004
).
11.
S.
Capaccioli
,
M.
Paluch
,
D.
Prevosto
,
L.-M.
Wang
, and
K. L.
Ngai
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
735
(
2012
).
12.
R.
Casalini
and
C.
Roland
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
035701
(
2009
).
13.
G. P.
Johari
and
M.
Goldstein
,
J. Chem. Phys.
53
,
2372
(
1970
).
14.
K. L.
Ngai
,
J.
Habasaki
,
D.
Prevosto
,
S.
Capaccioli
, and
M.
Paluch
,
J. Chem. Phys.
137
,
034511
(
2012
).
15.
M.
Mierzwa
,
S.
Pawlus
,
M.
Paluch
,
E.
Kaminska
, and
K. L.
Ngai
,
J. Chem. Phys.
128
,
044512
(
2008
).
16.
D.
Bedrov
and
G. D.
Smith
,
J. Non-Cryst. Solids
357
,
258
(
2011
).
17.
E.
Kaminska
,
K.
Kaminski
,
M.
Paluch
, and
K. L.
Ngai
,
J. Chem. Phys.
124
,
164511
(
2006
).
18.
L.-M.
Wang
,
Y. J.
Tian
,
R. P.
Liu
, and
K. L.
Ngai
,
J. Phys. Chem. B
115
,
719
(
2010
).
19.
S.
Capaccioli
,
D.
Prevosto
,
M.
Lucchesi
,
P. A.
Rolla
,
R.
Casalini
, and
K. L.
Ngai
,
J. Non-Cryst. Solids
351
,
2643
(
2005
).
20.
S.
Hensel-Bielowka
,
M.
Paluch
, and
K. L.
Ngai
,
J. Chem. Phys.
123
,
014502
(
2005
).
21.
K.
Kessairi
,
S.
Capaccioli
,
D.
Prevosto
,
M.
Lucchesi
,
S.
Sharifi
, and
P. A.
Rolla
,
J. Phys. Chem. B
112
,
4470
(
2008
).
22.
K.
Kaminski
,
E.
Kaminska
,
S.
Pawlus
,
P.
Wlodarczyk
,
M.
Paluch
,
J.
Ziolo
,
A.
Kasprzycka
,
W.
Szeja
,
K. L.
Ngai
, and
J.
Pilch
,
Carbohydr. Res.
344
,
2547
(
2009
).
23.
K.
Kaminski
,
E.
Kaminska
,
K. L.
Ngai
,
M.
Paluch
,
P.
Wlodarczyk
,
A.
Kasprzycka
, and
W.
Szeja
,
J. Phys. Chem. B
113
,
10088
(
2009
).
24.
T.
Ichitsubo
,
E.
Matsubara
,
T.
Yamamoto
,
H.
Chen
,
N.
Nishiyama
,
J.
Saida
, and
K.
Anazawa
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
245501
(
2005
).
25.
H.-B.
Yu
,
W.-H.
Wang
, and
K.
Samwer
,
Mater. Today
16
,
183
(
2013
).
26.
P.
Lunkenheimer
,
A.
Pimenov
,
M.
Dressel
,
Y. G.
Goncharov
,
R.
Böhmer
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
318
(
1996
).
27.
K. L.
Ngai
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
S1107
(
2003
).
28.
S.
Capaccioli
,
M. S.
Thayyil
, and
K. L.
Ngai
,
J. Phys. Chem. B
112
,
16035
(
2008
).
29.
G.
Williams
,
D. C.
Watts
,
S. B.
Dev
, and
A. M.
North
,
Trans. Faraday Soc.
67
,
1323
(
1971
).
30.
K. L.
Ngai
,
J. Non-Cryst. Solids
353
,
4237
(
2007
).
31.
R.
Casalini
and
C. M.
Roland
,
Phys. Rev. B
69
,
7
(
2004
).
32.
S.
Capaccioli
,
D.
Prevosto
,
K.
Kessairi
,
M.
Lucchesi
, and
P.
Rolla
,
J. Non-Cryst. Solids
353
,
3984
(
2007
).
33.
M.
Paluch
,
C.
Roland
,
S.
Pawlus
,
J.
Zioło
, and
K. L.
Ngai
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
115701
(
2003
).
34.
K. L.
Ngai
and
M.
Paluch
,
J. Phys. Chem. B
107
,
6865
(
2003
).
35.
T.
Fujima
,
H.
Frusawa
, and
K.
Ito
,
Phys. Rev. E
66
,
031503
(
2002
).
36.
A.
Kudlik
,
C.
Tschirwitz
,
T.
Blochowicz
,
S.
Benkhof
, and
E.
Rössler
,
J. Non-Cryst. Solids
235-237
,
406
(
1998
).
37.
G.
Jones
,
The Chemistry of Heterocyclic Compounds, Quinolines
(
John Wiley and Sons
,
London
,
1977
).
38.
A.
Döß
,
M.
Paluch
,
H.
Sillescu
, and
G.
Hinze
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
095701
(
2002
).
39.
S.
Hensel-Bielowka
,
P.
Wlodarczyk
,
M.
Mierzwa
,
M.
Paluch
, and
K. L.
Ngai
,
J. Phys. Chem. B
116
,
22
(
2012
).
40.
Z.
Wojnarowska
,
K.
Adrjanowicz
,
K.
Kaminski
,
L.
Hawelek
, and
M.
Paluch
,
J. Phys. Chem. B
114
,
14815
(
2010
).
41.
K. L.
Ngai
and
S.
Capaccioli
,
Phys. Rev. E
69
,
031501
(
2004
).
42.
L.
Carpentier
,
M.
Paluch
, and
S.
Pawlus
,
J. Phys. Chem. B
115
,
1062
(
2011
).
43.
S.
Capaccioli
,
K. L.
Ngai
,
S.
Ancherbak
,
P. A.
Rolla
, and
N.
Shinyashiki
,
J. Non-Cryst. Solids
357
,
641
(
2011
).
44.
K.
Adrjanowicz
,
Z.
Wojnarowska
,
K.
Grzybowska
,
L.
Hawelek
,
K.
Kaminski
,
M.
Paluch
,
A.
Kasprzycka
, and
K.
Walczak
,
Phys. Rev. E
84
,
051507
(
2011
).
45.
L. P.
Singh
and
S. S.
Murthy
,
J. Chem. Phys.
129
,
094501
(
2008
).
46.
N.
Shinyashiki
,
M.
Shinohara
,
Y.
Iwata
,
T.
Goto
,
M.
Oyama
,
S.
Suzuki
,
W.
Yamamoto
,
S.
Yagihara
,
T.
Inoue
,
S.
Oyaizu
,
S.
Yamamoto
,
K. L.
Ngai
, and
S.
Capaccioli
,
J. Phys. Chem. B
112
,
15470
(
2008
).
47.
K.
Kaminski
,
E.
Kaminska
,
P.
Wlodarczyk
,
M.
Paluch
,
J.
Ziolo
, and
K. L.
Ngai
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
335104
(
2008
).
48.
K.
Kaminski
,
E.
Kaminska
,
S.
Hensel-Bielowka
,
S.
Pawlus
,
M.
Paluch
, and
J.
Ziolo
,
J. Chem. Phys.
129
,
084501
(
2008
).
49.
K.
Kaminski
,
S.
Maslanka
,
J.
Ziolo
,
M.
Paluch
,
K.
McGrath
, and
C.
Roland
,
Phys. Rev. E
75
,
011903
(
2007
).
50.
D.
Prevosto
,
S.
Capaccioli
,
P. A.
Rolla
,
M.
Paluch
,
S.
Pawlus
,
S.
Hensel-Bielowka
, and
E.-D.
Kaminska
,
J. Non-Cryst. Solids
352
,
4685
(
2006
).
51.
H.
Wagner
and
R.
Richert
,
J. Chem. Phys.
110
,
11660
(
1999
).
52.
M.
Paluch
,
S.
Pawlus
,
S.
Hensel-Bielowka
,
K.
Kaminski
,
T.
Psurek
,
S.
Rzoska
,
J.
Ziolo
, and
C.
Roland
,
Phys. Rev. B
72
,
224205
(
2005
).
53.
D.
Prevosto
,
S.
Capaccioli
,
M.
Lucchesi
,
P. A.
Rolla
, and
K. L.
Ngai
,
J. Chem. Phys.
120
,
4808
(
2004
).
54.
A.
Kudlik
,
C.
Tschirwitz
,
S.
Benkhof
,
T.
Blochowicz
, and
E.
Rössler
,
Europhys. Lett.
40
,
649
(
1997
).
55.
J.
Mattsson
,
R.
Bergman
,
P.
Jacobsson
, and
L.
Börjesson
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
165701
(
2005
).
56.
K. L.
Ngai
,
J. Chem. Phys.
139
,
244912
(
2013
).
57.
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
).
58.
59.
K. L.
Ngai
and
R. W.
Rendell
, in
Supercooled Liquids: Advances and Novel Applications
, edited by
J. T.
Fourkas
, et al
(
American Chemical Society
,
Washington
,
1997
), p.
45
.
60.
G. W.
Leach
,
D. R.
Demmer
,
G. A.
Bickel
, and
S. C.
Wallace
,
J. Chem. Phys.
99
,
67
(
1993
).
61.
E. A.
Outhouse
,
D. R.
Demmer
,
G. W.
Leach
, and
S. C.
Wallace
,
J. Chem. Phys.
99
,
80
(
1993
).
62.
K. P.
Srivastava
,
L.
Gupta
, and
V. K.
Singh
,
J. Appl. Chem. Res.
6
,
45
(
2008
).
63.
D.
Morineau
,
C.
Alba-Simionesco
,
M. C.
Bellisent-Funel
, and
M. F.
Lauthie
,
Europhys. Lett.
43
,
195
(
1998
).
64.
D.
Morineau
and
C.
Alba-Simionesco
,
J. Chem. Phys.
109
,
8494
(
1998
).
65.
X.
Zhang
,
Y. B.
Li
,
Y.
Zuo
,
G. Y.
Lv
,
Y. H.
Mu
, and
H.
Li
,
Composites, Part A
38
,
843
(
2007
).
66.
R.
Hill
and
G.
Meakins
,
J. Chem. Soc.
1958
,
760
.
67.
J.-G.
Liu
,
B.-H.
Ye
,
H.
Li
,
Q.-X.
Zhen
,
L.-N.
Ji
, and
Y.-H.
Fu
,
J. Inorg. Biochem.
76
,
265
(
1999
).
68.
K.
Leberle
,
I.
Kempf
, and
G.
Zundel
,
Biophys. J.
55
,
637
(
1989
).
69.
R.
Richert
,
K.
Duvvuri
, and
L.-T.
Duong
,
J. Chem. Phys.
118
,
1828
(
2003
).
70.
S.
Pawlus
,
M.
Paluch
,
M.
Sekula
,
K. L.
Ngai
,
S. J.
Rzoska
, and
J.
Ziolo
,
Phys. Rev. E
68
,
021503
(
2003
).
71.
M.
Sekula
,
S.
Pawlus
,
S.
Hensel-Bielowka
,
J.
Ziolo
,
M.
Paluch
, and
C. M.
Roland
,
J. Phys. Chem. B
108
,
4997
(
2004
).
72.
L. C.
Pardo
,
P.
Lunkenheimer
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. E
76
,
030502(R)
(
2007
).
73.
Md.
Shahin
and
S. S. N.
Murthy
,
J. Chem. Phys.
122
,
014507
(
2005
).
74.
M. S.
Thayyil
,
S.
Capaccioli
,
P.
Rolla
, and
K. L.
Ngai
,
Philos. Mag.
88
,
4047
(
2008
).
75.
T.
Blochowicz
and
E.
Rössler
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
225701
(
2004
).
76.
M. S.
Thayyil
,
K. L.
Ngai
,
D.
Prevosto
, and
S.
Capaccioli
,
J. Non-Cryst. Solids
407
,
98
(
2015
).
77.
PubChem Compound Database, CID = 32065, National Center for Biotechnology Information, http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/32065.
You do not currently have access to this content.