Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Последнее слагаемое в ур-нии (1) описывает продольную релаксацию. В достаточно больших магн. полях дна обусловлена спин-решёточиым взаимодействием и ведёт к равновесному распределению спннов по зеема-иовским уровням энергии за время T1 > т2. В малых полях продольная релаксация может быть спин-спи-иовой, причём T1- т2.
Во ми. случаях описание Р. м. с помощью ур-ния
(1) неадекватно. В частности, в твёрдых непроводящих парамагнетиках (как электронных, так и ядериых) ири T1 » т2 Р. м. протекает сложнее. Она ведёт к установлению в CC внутр. ивазиравиовесия, при к-ром веемановская и спии-спиновая подсистемы характеризуются собственными спиновыми температурами. Их выравнивание между собой и с темп-рой решётки T происходит на след, этапе, за счёт спии-решёточного взаимодействия. Дополнит, усложнения Р. м. возникают из-за мультнплетной структуры ниж. энергетич. уровней парамагн. ионов в крнсталлич. поле, сверхтонкого взаимодействия электронов с ядрами и др.
Конкретные механизмы спни-решёточиой релаксации в парамагнетиках многообразны, однако в любом случае в их осиове лежит воздействие на CC флуктуирующих полей, создаваемых тепловым движением решётки (см. Спин-фононнде взаимодействие). Частотный спектр спин-решёточиого взаимодействия содержит характерные частоты CC (в частности, а>0). В концентрированных электронных парамагнетиках это обеспечивается модуляцией днпольных и обменных взаимодействий между магн. ионамн тепловыми колебаниями решётки нли молекулярным движением. В твёрдых телах с малой концентрацией парамагн. примесей (ионов переходных групп, свободных радикалов и т. п.) оси. роль играет
модуляция орбитального движения неспаренных электронов, передающаяся спиновым степеням свободы через спин-орбиталъное взаимодействие^ Поэтому наиб, быстрая спин-решёточная релаксация наблюдается для ионов, в магнетизме к-рых существен вклад орбитального движения (Fe*+, Cr2+ и др.), а иаиб. медлеийа#*— для преим. спинового магнетизма (Mn2*, в од оро до подобные дефекты и др.).
Элементарные процессы спин-решёточиой релаксации могут быть прямыми (с рождением или поглощением одного фонона частоты ы0), комбинационными (двухфоконными), а также многоступенчат тыми, с участием ближайших возбуждённых состояний. Прямые процессы преобладают лишь при иизких темп-pax, где обычно T1 ~ ЦТ. Остальные механизмы, характерные для более высоких темп-j), ведут к более сильной (степенной, экспоненциальной) температурной зависимости T1. Диапазон значений T1 в электронных парамагнетиках от IO"8—IO-7 с при комнатной темп-ре до IO-3 —1с при темп-pax жидкого гелия.
Ядерная спин-решёт о ч иая релаксация обычно обусловлена влиянием парамаги. нонов (примесных, если оси. решётка диамагнитна), сверхтонкое взаимодействие с к-рыми обеспечивает передачу энергии от ядериых спииов к решётке. В металлах и полупроводникам аналогичную роль посредника играют электроны проводимости. Прямое воздействие колебаний решётки твёрдого тела бывает существенным лишь для ядер, обладающих электрическим квадруполъным моментом ядра (см. Пдерный квадру-польный резонанс). В Жидкостях и молекулярных соединениях, где реализуется быстрое движение молекул или их фрагментов, эффективен механизм модуляции ядерных диполь-дипольных взаимодействий; этот эффект лежит в основе методов изучения молекулярной подвижности с помощью Р. м. Типичные значения T1 для ядер от 10"* с до часов.
Maгиитоупорядочениые вещества. Сильное обменное взаимодействие между электронами в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках, заставляющее их спины поддерживать определ. ориентацию по отношению друг к другу, приводит к коллективизации процессов Р. м. При этом устанавливается равновесное распределение энергии между собств. типами коллективных колебаний магн. системы: однородней прецессией намагниченности, неоднородными типами прецессии, спиновыми волнами, а также между магн. системой и решёткой.
В простейших случаях Р. м. в ферромагнетике можно описать как затухание прецессии вектора M вокруг направления эфф. поля: Hmj, = H + На, где На — поле анизотропии (см. Магнитная анизотропия), связанное с осью лёгкого намагничивания. На практике часто используют феиомеиологич. Ландау — Лифшица уравнение, к-рое можно записать в виде
^ = 7[МЯ3ф1--^г[М[МНэф]). (2)
Второе слагаемое в правой части (2) характеризует момент «сил трения», эффективность к-рых определяется релаксац. параметром X. Согласно ур-нию (2), длина вектора Af постоянна, так что процесс сводится лишь к изменению его проекции Mz на направление H9ф. В общем случае Р. м. в магиитоупорядочениых телах протекает значительно сложнее. Под действием постоянного и переменных виеш. магн. полей в маги, системе может устанавливаться стационарное неравновесное состояние — магн. колебания или волиы, диссипация к-рых определяется процессами Р. м. Причём вклады разл. механизмов зависят от параметров спино-вОй волны, магн. анизотропии, темп-ры и пр. Наиб, полно эти процессы изучены в ферромагн. диэлектриках (см. Ферриты). Обычно самым быстрым процессом Р.м. при ие очень иизких темп-pax оказывается рассеяние элементарных спин-воли овых возбуждений (магно-нов) друг и а друге за счёт обменного взаимодействия.
