Физический энциклопедический словарь - спин-фононное взаимодействие
Спин-фононное взаимодействие
Электронное С.-ф. в. в парамагн. кристаллах обусловлено разл. механизмами. В «разбавленных» парамагнетиках — кристаллах, где решётку образуют диамагн. ионы, а парамагн. ионы замещают лишь незначит. их часть и практически не взаимодействуют друг с другом, осн. роль играет механизм Ван Флека. Диамагн. ионы в таких кристаллах создают сильное электрич. внутрикристаллическое поле. Распространение акустич. волн в кристалле приводит к периодич. искажению крист. решётки и, следовательно, к периодич. изменению внутрикрист. поля. Переменное поле влияет на орбитальное движение эл-нов парамагн. иона и тем самым на его орбитальный магн. момент, изменение к-рого посредством спин-орбитального взаимодействия вызыва-
714
ет переориентацию спинового магн. момента иона.
В материалах с большой плотностью парамагн. ч-ц, где нельзя пренебрегать влиянием парамагн. ионов друг на друга, гл. роль при С.-ф. в. играет т. н. механизм Валлера. При упругих колебаниях решётки расстояния между парамагн. ионами изменяются с частотой этих колебаний. Возникает осциллирующее магн. поле, к-рое взаимодействует со спиновым и орбит. магн. моментами парамагн. ч-ц.
Электронное С.-ф. в. сильно проявляется в парамагн. кристаллах с ионами группы железа и редкоземельными ионами, напр. в Аl2О3, с примесью ионов Cr3+, в CaFe2 с Eu2+ .
Передача энергии фононов системе спинов происходит в два этапа: от фононов к орбитальному движению эл-нов и от орбитального движения к спинам. Такое спин-решёточное вз-ствие может осуществляться посредством двух процессов: прямого и непрямого.
Схема перехода: а — с уровня энергии ξi на уровень ξj, сопровождаемого излучением фонона h0; б — с уровня ξj на уровень ξi, сопровождаемого поглощением фонона h0.
В прямых, или однофононных, процессах переход иона с верхнего энергетич. уровня ξi на нижний ξj сопровождается переориентацией магн. момента эл-на и излучением одного фонона с энергией h0=ξi-ξj (рис., а); при обратном процессе происходит поглощение энергии фонона и соответствующее увеличение энергии спиновой системы (рис., б). Прямые процессы преобладают при низких темп-рах; они, напр., наблюдаются во многих парамагн. системах при темп-рах жидкого гелия. С повышением темп-ры энергия колебаний кристаллической решётки возрастает и начинает преобладать непрямой, или комбинац. (многофононный), процесс спин-решёточного вз-ствия: при переходах с уровня ξj на уровень ξi может происходить одновременно поглощение фононов с энергией h1 и излучение фононов с энергией h2, так что в результате выполняется условие: ξi-ξj=h(1-2).
В непрямых процессах участвуют нормальные колебания решётки, характерные для данной темп-ры, поскольку частоты 1 и 2 могут иметь разл. значения в широких пределах; в прямых процессах принимают участие только фононы резонансной частоты 0.
Для количеств. оценки процессов спин-решёточной релаксации и С.-ф. в. пользуются константами С.-ф. в., характеризующими зависимость изменения энергии спиновой системы от деформаций решётки. Константы С.-ф. в. Gijkl явл. компонентами тензора, вид к-рого существенно зависит от симметрии локального электрич. поля вблизи парамагн. иона. Для определения Gijkl чаще всего пользуются методами одноосного сжатия и акустического парамагнитного резонанса. Первый состоит в измерении сдвига линий электронного парамагнитного резонанса под действием одноосного давления, вызывающего статич. деформацию парамагнетика. Величина сдвига пропорциональна первой степени констант С.-ф. в., что позволяет определять величину и знак этих констант.
В случае ядерного С.-ф. в. связь упругих колебаний тв. тела с системой яд. спинов осуществляется посредством неск. видов электрич. и магн. вз-ствий, сила к-рых периодически модулируется акустич. колебаниями. Такими вз-ствиями являются: магн. вз-ствие между спинами соседних ядер — спиновое вз-ствие; электрич. вз-ствие между квадрупольными моментами ядра и градиентом электрич. поля, создаваемым внеш. (по отношению к ядру) зарядами; сверхтонкое вз-ствие в ферромагн. материалах; вз-ствие яд. магн. момента со слабым радиочастотным магн. полем, возникающим при распространении поперечной звуковой волны в металле, и др.
Ядра со спином I>1/2 обладают электрич. квадрупольным моментом. Акустич. колебания крист. решётки вызывают периодич. изменения градиента внутрикрист. электрич. полей, к-рые, взаимодействуя с квадрупольным моментом ядра, осуществляют ядерное С.-ф. в. Передача энергии акустич. колебаний яд. спинам осуществлялась гл. обр. за счёт яд. электрич. квадрупольного вз-ствия (см. Ядерный квадруполъный резонанс). Такие вз-ствия наблюдаются в щёлочно-галоидных кристаллах, содержащих ядра, напр. 23Na, 79Br; в полупроводниках группы AIIIBV, таких, как InSb, к-рый содержит ядра 115In, и др.; в монокристаллах металлов, напр. Та. Ядерное С.-ф. в. чаще всего характеризуется коэфф. спин-фононного поглощения звука, к-рый позволяет получать информацию о природе и величине внутр. магн. полей и о процессах яд. спин-решёточной релаксации, определять величину яд. квадрупольного вз-ствия и др. Ядерное С.-ф. в. изучается с помощью методов, используемых при наблюдении акустического ядерного магнитного резонанса, т. е. в области частот от 1 до 100 МГц.
• Т а к е р Дж., Р э м п т о н В., Гиперзвук в физике твердого тела, пер. С англ., М., 1975; Магнитная квантовая акустика, М., 1977.
В. Г. Бадалян.
Вопрос-ответ:
Похожие слова
Самые популярные термины
1 | 1385 | |
2 | 1053 | |
3 | 997 | |
4 | 944 | |
5 | 926 | |
6 | 830 | |
7 | 803 | |
8 | 802 | |
9 | 715 | |
10 | 711 | |
11 | 691 | |
12 | 638 | |
13 | 628 | |
14 | 616 | |
15 | 533 | |
16 | 525 | |
17 | 518 | |
18 | 502 | |
19 | 484 | |
20 | 480 |