Cтраница 2
Спин-решеточная релаксация - это любой процесс, в результате которого избыток энергии спинов передается молекулам или твердому телу, превращаясь в итоге в тепловую энергию колебания ядер. Передача энергии магнитных спиновых моментов системе колеблющихся электрических зарядов ( ядер) не может осуществляться непосредственно. Однако имеет место взаимодействие между орбитальным магнитным моментом электрона и ядром атома, так как благодаря орбитальному движению в электростатическом поле ядра на орбитальный момент электрона действует магнитное поле. Чем сильнее спин-орбитальная связь, тем сильнее спин-решеточное взаимодействие и тем более эффективно протекает процесс спин-решеточной релаксации. Отклонение величины g от значения 2 вследствие примеси орбитального момента может служить указанием на наличие спин-орбитальной связи. [16]
Спин-решеточная релаксация, обусловленная взаимодействием электрических квадрупольных моментов ядер со спином / 1, с электрическими полями молекулы - еще один механизм обмена энергией между спиновой системой и решеткой. По этой причине линии в спектрах таких ядер, как 2Н, 14N, 17O и др., могут быть очень широкими. [17]
Спин-решеточную релаксацию часто называют также продольной релаксацией, поскольку она определяет изменение энергии и, следовательно, компоненту ядерной намагниченности вдоль приложенного магнитного поля. Релаксационные процессы ведут к уменьшению времени жизни спинов как в верхнем, так и в нижнем энергетическом состоянии, что сопровождается увеличением неопределенности энергий этих состояний и уширением резонансных линий. [18]
Спин-решеточную релаксацию иногда называют также продольной релаксацией. [19]
Если спин-решеточная релаксация осуществляется путем обмена с решеткой фононами ( стр. [20]
Времена спин-решеточной релаксации Т, связаны с процессами молекулярной реориентации, и следовательно, их измерение может представить самостоятельный интерес. [21]
Процессы спин-решеточной релаксации возникают как следствие передачи энергии от магнитных степеней свободы парамагнитных ионов в колебательную энергию кристаллической решетки. Чем быстрее происходит этот обмен, тем больше - неопределенность ( размытость) энергетических уровней и тем шире спектральная линия. Следует упомянуть о двух основных механизмах спин-решеточной релаксации. [22]
Времена спин-решеточной релаксации на переходах накачки и сигнала для обеспечения достаточной инверсной населенности не должны быть малыми. Для достижения максимальной выходной мощности и усиления следует увеличивать концентрацию парамагнитных частиц в кристалле. Однако при этом уменьшается время спин-спиновой релаксации, что приводит к однородному уширению линии излучения. Когда такой вид уширения начинает преобладать над другими, дальнейшее увеличение концентрации парамагнитных частиц не дает полезного эффекта. [23]
Механизм спин-решеточной релаксации связан со спин-орбитальным взаимодействием, рассмотренным ранее. [24]
При спин-решеточной релаксации некоторые из возбужденных атомов возвращаются на низший уровень, передавая свою тепловую энергию другим ядрам, входящим в состав окружения молекулы. Энергия сохраняется в системе и проявляется в виде избыточной энергии поступательного или вращательного движения, распределенной по решетке. [25]
Изучение спин-решеточной релаксации в твердых телах началось раньше, чем было открыто явление магнитного резонанса. [26]
Механизмы спин-решеточной релаксации при низких температурах рассмотрены в § 5 этой главы. [27]
Время спин-решеточной релаксации при использовании прямоугольных импульсов мощностью 2 em и длительностью 5 - Ю-7 сек было определено [ 125] на частоте 9 3 Ггц; для монокристаллов в виде сфер диаметром 0 76 мм с шириной линии в 2 3 э время релаксации было равно 7 - Ю-8 сек. [28]
Время спин-решеточной релаксации в таком замещенном корунде довольно благоприятно вследствие того, что активный ион окружен шестью атомами кислорода, а вторым ближайшим соседом является алюминий. При введении Сг3 в А12О3 образуется рубин, который оказался [240, 296] очень хорошим материалом для мазеров общего применения. Измерения на различных частотах показывают [169, 297, 506], что константы в спиновом гамильтониане равны g 1 99 и D - 5 74 Ггц. По этим данным можно вычислить [386] диаграмму энергетических уровней; пример для случая, когда поле Н0 находится под углом 90 коси с [304], приведен на рис. 17.16, а. В температурном диапазоне 1 2 - 300 К кривые обнаруживают лишь небольшие изменения. На рис. 17.16 6 приведены в функции от магнитного поля составляющие Sa, St и SC) определенные в уравнении (17.69) и вычисленные для различных переходов. Индексы у переходов обозначают связанные с ними уровни: составляющие а, Ъ и с обозначены соответственно пунктирной, штрих-пунктирной и сплошной линиями. Описан метод [164] для определения условий одновременного резонанса в рубине. [29]
Время спин-решеточной релаксации имеет важное значение при проведении эксперимента. При обычной постановке опыта резонансное поглощение наблюдается в установке, в которой частота излучения или величина поля В периодически изменяются, колеблясь около резонансных значений. В момент прохождения резонанса наблюдается увеличение отбора энергии от генератора высокочастотного поля. Очевидно, что сигнал ядерного магнитного резонанса будет значителен, если время между двумя последовательными прохождениями через резонанс окажется значительно больше времени TI, чтобы успела восстановиться больц-мановская разность заселенностей уровней. [30]