Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
СПИНОВОЕ ЭХО — явление повторного возникновения сигналов ядеркой нли электронной магн. индукции, вбусловлеиное фазировкой спиновых маги, моментов
под действием радиочастотных импульсов. Простейший вид С. 9. открыт Э. Ханом (Е. Hahn) в 1950. Образец, содержащий ядра со спином / ^ 0 и гнромаги. отношением -у, помещают в пост. магн. поле H и подвергают действию радиочастотных импульсов линейно поляризованного магн. поля ZH1COSfat, удовлетворяющего условиям ядерного магнитного резонанса (ЯМР): H1IH; (д*=уН. Удобно перейти в систему коордниат, вращающуюся с частотой ш вокруг оси z Ц H в ту же сторону, что и ларморовская прецессия ядерных спинов. В этой системе координат циркулярно поляризованная в указанном направлении компонента радиочастотного поля становится статической и определяет направление осн х. Равновесная ядерная намагниченность М, первоначально направленная вдоль Н, после включения поля H1 начинает прецессировать вокруг него с угл. частотой уHj и через время — я/2Y^T1 оказывается направленной вдоль оси у (рис., а). В этот момент первый импульс РЧ-поля (я/2-импульс) выключается.
Спиновое эхо в неоднородном магнитном поле (вращающаяся система координат): а — поворот намагниченности M под действием я/2-иодіульса; 6 — расфазировка спинов, имеющих различные частоты прецессии, и их повторная фазировка после л-нмпульса.
Последующая прецессия вектора M вокруг H в плоскости ху иаводнт в приёмной катушке спектрометра ЯМР сигнал свободной индукции. Co временем этот сигнал затухает (поперечная релаксация), т. к. ядерные спины находятся в разных локальных маги, полях и, как следствие, имеют различающиеся частоты прецессии. Это связано как с неоднородностью виеш. маги, поля Н, так и с виутр. магн. полями, создаваемыми ядрами друг на друге. Эфф. время поперечной релаксации
T со 1/уАН, где АН — ширниа линии ЯМР. Если
2
локальные поля постоянны во времеии (иапр., обусловлены неоднородностью ПОЛЯ Н), то прецессия спииов оказывается ббратимой и возможно наблюдение С. э.
На рис. (б) показаны траекторик движения двух ядериых спинов. Угл. частоты их прецессии отличаются от а) на малые величины и равны соответственно а>-|-бі и CO-S2, поэтому во вращающейся скстеме коордниат оии поворачиваются в плоскости ху за время т на Углы фі = бхт и Ip2= —S2T от оси у. Если теперь подать иа образец второй радиочастотный нмпульс, аналогичный первому, ио с длительностью t2 = 2 (я-импульс), то спины повернутся вокруг оси X на
угол л и займут положения ф = я — фг н ф —
1 2 = я — ф2. Двкгаясь затем с прежними угл. скоростями и в том же направлении, оба спина спустя время т после второго импульса одновременно достигнут направления —у, т. е. произойдут фазировка ядериых маги, моментов и повторное появление сигнала индукции. Описанный механизм С. а. действует прн условии
*
J1, T у что эквивалентно требованию H1 » АН.
2
В действительности восстановление сигнала свобод-вой иидунцик методом C- э. ие может быть полным: -потери обусловлены зависящими от времеии внутр. Ь
локальными полями. Зависимость величины сигнала С. 9. от времени 2т позволяет измерять истинное время поперечной релаксации T2. Так же исследуют структуру спектров ЯМР, скрытую неоднородным уширеинем.
Существуют разл. модификации оаисаииого варианта С. э. Трёхимпульсное С. э. делает возможным измерять наряду с T2 время продольной релаксации T1. Многоимпульсиые когерентные методы позволяют иа неск. порядков повысить чувствительность и разрешающую способность ЯМ Р-спектроскопии.
Методы С. э. используют также в ядерном квадру-полъном резонансе и электронном парамагнитном резонансе, хотя при этом трудно выполнять условие Ні » ДН. Большим своеобразием отличается С. а. в ферромагнетиках и аитиферромагиетиках.
Явления, аналогичные С. э., характерны и для систем иной природы, обладающих дискретным набором квантовых эиергетич. уровней, уширенных статическими случайными полями. Известны, в частности, фотонное эхо, поляризац. эхо, фо но иное эхо и др.
Лит.: Фаррар Т., Беккер Э., Импульсная и фурье-спектроскопяя ЯМР, пер. с англ., М., 1973; Салихов К.М., Семенов А. Г., Цветков Ю. Д., Электронное спиновое эхо и его применение, Новосиб., 1976; У о Д ж.. Новые методы ЯМР в твердых телах, пер. с англ., М., 1978. В. А, Ацаркин.
СПИНОВОЙ ПЛОТНОСТИ ВОЛНЫ — термодинамически равновесное состояние вещества, характеризующееся пространственно неоднородным периодич. распределением плотности маги, момента М(г). При этом усреднённый макроскопич. маги, момент системы равен нулю (М(г)) =0 и С. п. в. можио рассматрквать как одно нз проявлении антиферромагнетизма. Пространственное распределение М(г) описывается соотношением:
M{r)—M^xp{iQr)-\- M1 ехр(— iQr), (1)
где Q — волновой вектор С. п. в.
Чаще всего под С. п. в. понимают антиферромагнетизм системы взаимодействующих коллективизнров. электронов (см. Зонный магнетизм), Парамагн. осн. состояние однородного электронного газа может оказаться неустойчивым относительно образования С. п. в. Неустойчивость зависит от характера взаимодействия между электронами. Особенности зонной структуры могут стабилизировать С. п. в., т. е. привести к анти-рома гн. оси. состоянию электронной системы, ритернй неустойчивости парамагн. состояния зонного магнетика (см. Стонера критерий ферромагнетизма) определяется не только величиной потенциала меш-электроииого взаимодействия, ио и зависимостью маги, восприимчивости X от электронного волнового вектора q. Напр., если в силу к.-л. особенности топологии ферми-поверхности X(q) обладает резко выраженным максимумом при нек-ром значении 4 ^ 0, то фазовый переход прн T -* OK из парамагн. состояния в состояние с С. п. в. может иметь место даже при слабом взаимодействии между электронами. Наличие конгруэнтных (совпадающих при трансляции иа волновой вектор О) электронных и дырочных участков на поверхности Ферми (и е с т и н г) в веществах с металлич. проводимостью приводит к возможности триплетного электрои-дырочного спаривания с возникновением С. п. в.
