Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Акустический парамагнитный резонанс ( АПР ) - это явление резонансного поглощения звука системой магнитных частиц, помещенных во внешнее магнитное поле . Это происходит, когда энергия кванта звуковой волны становится равной расщеплению энергетических уровней частиц, причем расщепление индуцируется магнитным полем. APR - это разновидность электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), при котором исследуемым образцом поглощаются акустические, а не электромагнитные волны. APR был теоретически предсказан в 1952 году независимо Семеном Альтшулером и Альфредом Кастлером , [1] [2]и экспериментально наблюдалась WG Proctor и WH Tanttila в 1955 г. [3] [4]

История [ править ]

После открытия ЭПР в 1944 году Евгений Завойский предсказал, что явление резонанса не должно ограничиваться радио- или микроволновым поглощением, а может быть распространено на звуковые волны. Эта идея была теоретически развита его сотрудником Семеном Альтшулером в 1952 году и независимо Альфредом Кастлером; в то время как Альтшулер сообщил о влиянии на спины электронов, Кастлер рассчитал систему ядерных спинов. О первом экспериментальном обнаружении APR было сообщено в 1955 году с использованием ядер 35 Cl в монокристаллах хлората натрия . Эта работа по ядерному APR была расширена до электронного APR в 1959 году. [5] Дальнейшие применения APR в ядерной поляризации и акустических мазерах.были позже предложены Кастлером и Чарльзом Таунсом . [4]

Механизм [ править ]

EPR splitting.svg

Эффект APR очень похож на эффект EPR: каждый электрон или ядро, будь то свободное или твердое тело, имеет магнитный момент и связанный с ним спин . Вращение может принимать целые или полуцелые значения, например 1/2, 1, 3/2 и т. Д., И соответствующие магнитные компоненты m s= ± 1/2, ± 1, ± 3/2 и т. Д. Здесь уровни для плюсовых и минусовых значений спина вырождены, то есть имеют равные энергии. При приложении внешнего магнитного поля эти спины выравниваются либо вдоль поля, либо напротив него; с точки зрения энергетической диаграммы уровни энергии разделяются, как показано на рисунке. Если звуковая волна с определенной энергией кванта E облучает эту спиновую систему при определенном значении магнитного поля, когда E равно магнитному расщеплению ΔE, происходит резонансное поглощение звука, то есть эффект APR. [4]

И в ЭПР, и в АПР поглощенная энергия передается решетке посредством спин-фононной релаксации. Однако, в то время как в ЭПР этот процесс второго порядка и, следовательно, включает два фонона, релаксация занимает только один фонон в APR и, следовательно, происходит намного быстрее. Это влияет на форму линии резонанса и его температурную зависимость и позволяет по-разному исследовать спин-решеточную релаксацию в ЭПР и АПР. [4]

Экспериментальная установка [ править ]

APR обычно измеряется методом импульсного эха на высоких звуковых частотах порядка 100 МГц - 100 ГГц. Две противоположные стороны исследуемого кристалла зеркально отполированы и сделаны параллельно друг другу, с одной стороны прикреплен пьезоэлектрический кристалл. Он генерирует ультразвуковую волну, которая обнаруживается после многократных отражений между плоскими сторонами, а затухание сигнала служит мерой резонансного поглощения. Кристалл расположен внутри магнита, способного создавать статическое поле, соответствующее приложенной частоте. Для электрона со спином 1/2 и коэффициентом расщепления уровней энергии (так называемым спектральным фактором расщепления g) g = 2 необходимое поле составляет 33–33000 Гаусс для частот 100 МГц - 100 ГГц. [6]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Борис И. Кочелаев (1995). Начало парамагнитного резонанса . World Scientific . п. 100. ISBN 981-02-2114-2.
  2. ↑ С.А. Альтшулер (1952). Доклады советской физики . 85 : 1235.CS1 maint: журнал без названия ( ссылка )
  3. ^ Проктор, W .; Танттила, В. (1955). «Насыщение уровней энергии ядерных электрических квадруполей ультразвуковым возбуждением». Физический обзор . 98 (6): 1854. Полномочный код : 1955PhRv ... 98Q1854P . DOI : 10.1103 / PhysRev.98.1854 .
  4. ^ a b c d С. А. Альтшулер ; Б.И. Кочелаев ; А.М. Леушин (1961). «Парамагнитное поглощение звука» . Успехи советской физики . 75 (3): 459.
  5. ^ Якобсен, E .; Shiren, N .; Такер, Э. (1959). «Влияние ультразвука со скоростью 9,2 кМ / сек на электронные спиновые резонансы в кварце». Письма с физическим обзором . 3 (2): 81. Полномочный код : 1959PhRvL ... 3 ... 81J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.3.81 .
  6. ^ Акустический парамагнитный резонанс (на русском)