Akustická paramagnetická rezonance - Acoustic paramagnetic resonance

Akustická paramagnetická rezonance (APR) je jev rezonanční absorpce zvuku systémem magnetických částic umístěných v exteriéru magnetické pole. Nastává, když je energie zvukové vlny kvantová se rovná rozdělení energetické hladiny částic, přičemž rozdělení je indukováno magnetickým polem. RPSN je variantou elektronová paramagnetická rezonance (EPR), kde jsou studované vzorky pohlcovány spíše akustické než elektromagnetické vlny. RPSN byla teoreticky předpovězena v roce 1952, nezávisle na tom Semenový Altshuler a Alfred Kastler,[1][2] a experimentálně je pozorovali W. G. Proctor a W. H. Tanttila v roce 1955.[3][4]

Dějiny

Po objevu EPR v roce 1944, Evgeny Zavoisky předpovídal, že rezonanční jev by neměl být omezen na absorpci rádiem nebo mikrovlnami, ale mohl by být rozšířen na zvukové vlny. Tuto myšlenku teoreticky rozvinul jeho spolupracovník Semen Altshuler v roce 1952 a nezávisle Alfred Kastler; vzhledem k tomu, že Altshuler hlásil účinek na elektronová otočení, Kastler vypočítal systém nukleárního spinu. První experimentální detekce APR byla hlášena v roce 1955 pomocí 35Cl jádra v monokrystalech chlorečnan sodný. Tato jaderná APR byla v roce 1959 rozšířena na elektronovou APR.[5] Další aplikace RPSN do nukleární polarizace a akustické masers byly později navrženy Kastlerem a Charles Townes.[4]

Mechanismus

EPR splitting.svg

Efekt APR je velmi podobný EPR: každý elektron nebo jádro, ať už volné nebo v pevné látce, má a magnetický moment a související s tím roztočit. Točení může mít celočíselné nebo poloviční celočíselné hodnoty, např. 1/2, 1, 3/2 atd. A odpovídající magnetické komponenty ms = ± 1/2, ± 1, ± 3/2 atd. Zde jsou úrovně pro plusové a minusové hodnoty rotace zdegenerované, tj. Mají stejné energie. Po aplikaci vnějšího magnetického pole se tyto spiny vyrovnají buď podél pole, nebo proti němu; pokud jde o energetický diagram, energetické hladiny se rozdělí, jak je znázorněno na obrázku. Pokud zvuková vlna s určitou kvantovou energií E ozáří tento spinový systém, při určité hodnotě magnetického pole, když E je rovno magnetickému štěpení ΔE, nastane rezonanční absorpce zvuku, což je efekt APR.[4]

U EPR i APR se absorbovaná energie přenáší do mřížky relaxací spin-fonon. Avšak zatímco v EPR je tento proces druhého řádu, a tedy zahrnuje dva fonony, relaxace trvá pouze jeden fonon v APR, a je tedy mnohem rychlejší. To ovlivňuje tvar čáry rezonance a její teplotní závislost a umožňuje zkoumání relaxace spin-mřížky odlišně v EPR a APR.[4]

Experimentální nastavení

APR se běžně měří technikou pulzního echa při vysokých zvukových frekvencích řádově 100 MHz - 100 GHz. Dvě protilehlé strany studovaného krystalu jsou zrcadlově vyleštěny a vyrobeny navzájem rovnoběžně a na jednu stranu je připevněn piezoelektrický krystal. Generuje ultrazvukovou vlnu, která je detekována po vícenásobném odrazu mezi plochými stranami, a útlum signálu slouží jako měřítko absorpce rezonance. Krystal je umístěn uvnitř magnetu schopného poskytovat statické pole odpovídající aplikované frekvenci. Pro elektron s spinem 1/2 a dělicím faktorem energetických hladin (tzv. Spektroskopický dělicí faktor g) g = 2 je požadované pole 33–33000 Gauss pro frekvence 100 MHz - 100 GHz.[6]

Reference

  1. ^ Boris I. Kochelaev (1995). Začátek paramagnetické rezonance. World Scientific. str. 100. ISBN  981-02-2114-2.
  2. ^ S.A. Altshuler (1952). Sovětská fyzika Doklady (v Rusku). 85: 1235.CS1 maint: periodikum bez názvu (odkaz)
  3. ^ Proctor, W .; Tanttila, W. (1955). „Saturace jaderných elektrických kvadrupólových úrovní energií ultrazvukovým buzením“. Fyzický přehled. 98 (6): 1854. Bibcode:1955PhRv ... 98Q1854P. doi:10.1103 / PhysRev.98.1854.
  4. ^ A b C d S. A. Altshuler; B. I. Kochelaev; A. M. Leushin (1961). „Paramagnetická absorpce zvuku“. Sovětská fyzika Uspekhi (v Rusku). 75 (3): 459.
  5. ^ Jacobsen, E .; Shiren, N .; Tucker, E. (1959). „Účinky ultrazvuku 9,2 kMc / s na elektronové rezonance v křemenu“. Dopisy o fyzické kontrole. 3 (2): 81. Bibcode:1959PhRvL ... 3 ... 81J. doi:10.1103 / PhysRevLett.3.81.
  6. ^ Акустический парамагнитный резонанс (v Rusku)