Время вспять или физик, физик где ты был - Абрагам А.
Скачать (прямая ссылка):
295
дают положительный сигнал ЯМР, спины антипараллельные дают сигнал такой же величины, но обратного знака; эти сигналы не компенсируют друг друга, потому что смещены друг относительно друга локальным (вейссовским) полем, которое имеет обратный знак в каждой подрешетке. Ферромагнитная доменная структура состоит из доменов в форме плит, перпендикулярных к внешнему полю, с намагниченностью, тоже поочередно параллельной и антипараллельной этому полю. Толщина каждой плиты имеет порядок нескольких сотен межатомных расстояний; легко убедиться, что положительные" и "отрицательные" плиты тоже должны давать сигналы ЯМР с противоположным знаком, смещенные по отношению друг к другу и фактически неотличимые от сигналов, наблюдаемых в антиферромагнитном состоянии (теория предсказывает малую, но фактически ненаблюдаемую разницу между расстояниями пиков в этих двух структурах). Прямыми методами ЯМР их нельзя было различить.*
^Микроскопические зонды
Мы сумели их распознать благодаря существованию редкого изотопа кальция 43Ca с концентрацией 0,13%. В антиферромагнитной структуре все спины 43Ca "видят" одно и тоже локальное поле, создаваемое фторами, в то время как в доменной ферро_ магнитной структуре спины кальция, которые "сидят" в доменах с противоположными знаками, "видят" локальные фторные поля об пат н о го знака. Из этого следует, что сигнал зеемановского ЯМР ^a состоит из одной единственной линии при антиферромагнитной структуре, но расщепляется на две в доменной ферромагнитной, что, конечно, нельзя не заметить, как нос посреди лица (1е nez au milieu de la figure). Признаюсь, что это один из моих любимых экспериментов.
Ввиду малой концентрации 43Ca и его малого магнитного м0_ мента, чтобы наблюдать сигнал от него, пришлось его поляризовать почти на сто процентов. Ввиду той же малой концентрации и по причинам, которые было бы слишком длинно излагать здесь, знакомый читателю метод ДЯП царя Соломона оказался неприменимым к 43Ca.
Пришлось употребить косвенный метод, вариант метода Хана и Хартмана (Hahn, Hartman), который я здесь изложу кратко, потому что он понадобится позже в связи с объяснением "вращающихся структур". В этом методе спины фтора поляризуются по царю Соломону, после чего их поляризация передается спинам кальция следующим образом: накладывают на образец два радиочастотных поля, одно с частотой, близкой к ларморовской частоте фтора, второе - к ларморовской частоте кальция. Эти частоты подобраны 296
Во рослые годы
так, чтобы эффективные ларморовские частоты обеих пород спинов, каждая в своем собственном эффективном поле, были равны. Имея одинаковые ларморовские частоты, спины фтора и кальция могут "разговаривать" друг с другом через сохраняющие энергию флип-флопы, и высокая поляризация фтора передается кальцию.
На все это ушло немало времени, но под конец все же удалось. Докладывая в первый раз в 1973 году на международной конференции о наблюдении ядерного ферромагнетизма, я заметил: "Прошло четыре года после моего доклада о наблюдении антиферромагнетизма в CaFz, |дс внешнее поле было направлено вдоль оси [100]. Сегодня я докладываю о наблюдении ферромагнетизма в том же образце, но с внешним полем, направленным вдоль U^l-Для того чтобы повернуть кристалл от одной оси к WYroHi Yllul0 четыре года. Согласитесь, что такое вращение можно считать одним из самых медленных вращений в истории физики.
Нейтроны на подмогу
В течение двадцати лет нейтронная дифракция являлась самым мощным способом исследования электронного антиферромагнетизма. Чтобы понять как и почему, начнем с дифракции рентгеновских лучей. Когда рентгеновский луч падает на кристаллическую решетку, то при некоторых ориентациях луча по отн°-шению к атомным плоскостям кристалла между рентгеновскими X-фотонами, рассеянными решеткой, происходит конструктивная интерференция и в некоторых направлениях рассеянное излучение представляет резкие максимумы, так называемые брэгговские пики. Если кристалл антиферромагнитный, то атомные магнитные моменты в двух соседних атомных плоскостях имеют противоположные ориентации. Амплитуда рассеяния рентгеновского кванта магнитным атомом очень мало зависит от ориентации его магнитного момента, и рентгеновский квант не способен различить две такие плоскости, которые ему "покажутся" одинаковыми.
Нейтрон же, будучи вооруженным собственным магнитным м0" ментом, будет рассеян по-разному двумя магнитными атомами с противоположными моментами. Нейтрону две соседние плоскости антиферромагнита "покажутся" различными, и период решетки ему покажется удвоенным. Применение условия Брэгга к этому новому периоду предсказывает появление новых брэгговских пи_ ков, когда кристалл переходит в антиферромагнитное состояние. Их наблюдение в 1949 году явилось первым прямым подтверждением двухрешеточной модели антиферромагнетизма, предложенной
Неелем на пятнадцать лет раньше.
Так почему же не поискать с помощью нейтронов такого же
прямого подтверждения и для ядерного антиферромагнетизма, к0" Ядерный магнитный порядок
