4. Акустичний ядерний магнітний резонанс

Акустичний ядерний магнітний резонанс(АЯМР), виборче поглинання енергії акустичних коливань (фононів), обумовлене переорієнтацією магнітних моментів атомних ядер в твердому тілі, поміщеному в постійне магнітне поле. Для більшості ядер резонансне поглинання спостерігається в області УЗ частот від 1 до 100 Мгц. АЯМР аналогічний  ядерному магнітному резонансу (ЯМР).

Природа резонансного поглинання фононів пов'язана з передачею енергії пружної хвилі системі ядерних спінів унаслідок модуляції акустичними коливаннями різних внутрішніх взаємодій. Акустичні коливання з частотою розповсюджуючись в речовині, можуть викликати квантовий перехід ядра між магнітними підрівнями, різними напрямами спіну, що характеризуються, якщо енергія фонона рівна різниці енергій між рівнями. Перехід з нижнього рівня Е1 на верхній E2 супроводжується поглинанням фонона, а перехід з верхнього рівня на нижний – його випромінюванням (рис. 4.1).

406.png

Рисунок 4.1 — Рівні енергії для ядра із спіном І=3/2  у постійному магнітному полі. Стрілками зображені можливі переходи для АЯМР ст=±1 і ст=±2.

 Оскільки при термодинамічній рівновазі число ядер N2  на рівні з енергією E2 менше, ніж число спінів N1 на рівні Е1 при акустичних коливаннях число актів поглинання перевищує число актів випромінювання, і в результаті відбувається резонансне поглинання фононів – АЯМР і спостерігається резонансна лінія з характерною для неї шириною і формою. При АЯМР дозволені переходи з магнітними квантовими числами m=:±1,±2   (рис. 4.1) тоді як в звичайному ЯМР дозволені переходи тільки  ст=±1. Експериментально АЯМР спостерігається у вигляді додаткового поглинання УЗ або реєстрацією насичення ліній ЯМР.

Застосування АЯМР дозволяє розширити можливості ЯМР і отримати додаткову інформацію про структуру твердих тіл. АЯМР широко використовується при дослідженнях металів і низькоомних ПП, коли застосування ЯМР утруднено унаслідок скін - ефекту, що не дозволяє магнітному полю проникнути всередину зразка. АЯМР - метод дослідження ядерного спін - фононної взаємодії; він дозволяє вивчити при кімнатних температурах однофононні процеси, які в ЯМР виявляються тільки при низьких температурах, отримати інформацію про дислокації і інші дефекти кристала, про величину і природу внутрішніх магнітних полів, а також про процеси теплової релаксації в магнітних матеріалах. АЯМР можна використовувати для реєстрації нелінійних фонон - фононних взаємодій в твердих тілах.

 

© ТДАТУ, Самойчук К.О., 2020 рік