Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Jlum.: Боровик-Романов А. С., Антиферромагнетизм, в сб.: Итоги науки. Сер. физ.-мат. науки, в. 4 М., 1962; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971. А. М. Кадомцева. СПИН-ФОН0ННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — взаимодействие электронных и ядерных спивов атомов твёрдого тела с упругими колебаниями кристаллической решётки. Последним в квантово механич. представлении соответствует поле фононов. Колебания решётки, тепловые илн вызванные внеш. упругой волной, периодически изменяют расстояния между атомами, что приводит к модуляции как внутрикристаллического поля, так и взаимодействий между спннамн электронов н ядер, т. е. к спин-спиновому взаимодействию.
G.-ф. в. обусловливает релаксационные процессы, приводящие к установлению теплового равновесия между системой спинов н решёткой,— т. н. спин-решё-точную релаксацию (см. Релаксация магнитная). Оно также оказывает влияние на положение н ширину спиновых уровней, приводя к сдвигу фактора спектроско-пнч. расщепления и изменению констант тонкого и сверхтонкого спиновых расщеплений. G.-ф. в. ответственно за поглощение энергни акустич. колебаний при акустическом парамагнитном резонансе (АПР).
Известно неск. механизмов G.-ф. в. Для электронных спинов парамагнитных нонов в т. и. слабокон-центрнрованиых парамагнетиках (напр., примесных парамагн. нонах в диамаги. матрице), где взаимодействием между парамагн. ионами можно пренебречь, наиболее существенным является электрич. механизм,
обусловленный модуляцией виутр икр иста ллнч. электрич. поля упругими колебаниями решётки.. Осциллирующее поле нарушает орбитальное движение электрона и посредством спнн-орбитального взаимодействия вызывает переориентацию спинов парамагн. иоиов. Этот процесс связан с т. н. ванфлековским парамагнетизмом, обусловленным деформацией электронной оболочки нона. Механизм Ван Флека характерен для примесных ионов группы Fe и редких земель в диэлектрич. и полупроводниковых кристаллах (напр., Fe2+ в Al3O3 н MgO; Cr2+ в GaAs). G.-ф. в. вознииает в результате модуляции зеемановской энергии нлн взаимодействия электронной намагниченности с магн. полем, обусловленным ядерным магнитным моментом (см. Сверхтонкое взаимодействие).
В концентрированных парамагнетиках G.-ф. в. может осуществляться за счёт модуляции колебаниями решётки магнитного дипольного нли обменного взаимодействий между спинами, поскольку они зависят от расстояний между иоиамн (механизм Валера). В случае диэлектриков этот механизм может конкурировать с ванфлековским только для ионов с большим магн. моментом.
В магннтоупорядоченных веществах основную роль в G.-ф. в. нграет модуляция упругнми колебаниями решётки обменного взаимодействия между спннами. В свою очередь, коллентивные колебания спинов (спиновые волны), распространяясь по кристаллу, вызывают смещения нонов решёткн, что приводит к возникновению связанных т. н. магнитоупругих колебаний. Их интенсивность возрастает прн совпадении частот спиновой и упругой волн с одинаковым волновым веитором.
Для атомов, ядра к-рых обладают квадрупольным, моментом, существенно G.-ф. в., обусловленное
связью переменных градиентов внутрнкрнсталлнч. поля с квадрупольнымн моментами ядер. Квадрупольный механизм G.-ф. в. присущ диэлектрикам, слабо легированным полупроводникам и ряду металлов.
В проводящих средах (металлах, сильнолегированных полупроводниках) с большой концентрацией электронов проводимости помимо электрич, механизма С.-ф. в. существует т. и. механизм Ольфера-Ру-
б и и а, связанный с возникновением дополнительного переменного магн. поля, обусловленного взаимодействием колебании решёткн с электронами проводимости. При этом переменное магн. поле модулирует дипольное взаимодействие между магнитными моментами ядер. В металлах для ядер с большим квадрупольным моментом преобладающую роль играет квадрупольный механизм G.-ф. в., а для ядер с малым квадрупольным моментом могут одновременно участвовать два механизма — нвадрупольный н днпольиый. С понижением темп-ры T от 300 К до 14 К иа-за вымораживании носителей вклад дипольного механизма значительно уменьшается. Прн квадрупольном механизме возможны переходы между спиновыми уровнями с изменением магн. квантового числа на 2, а при дипольном механизме только на 1.
Интенсивность С.-ф. в. характеризуется элементами тензора четвёртого ранга, связывающими изменение энергни системы спинов с деформацией решётки. Значення элементов цензора С.-ф. в. зависят от конкретных механизмов С.-ф. в. и отражают локальную симметрию внутрикристаллич. поля вблизи данного иона. Элементы тензора С.-ф. в. могут быть определены экспериментально по сдвигу линии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса, а также под действием одноосного давлення; по поглощению энергии прн АПР; по акустическому насыщению линий ЭПР н ЯМР; по времени спин-ре-шёточнон релаксации. Экспериментальное определение нонстант G.-ф. в. и сопоставление нх с теоретич. значениями, соответствующими тем илн иным механизмам С.-ф. в., позволяют получать информацию о структуре и величине виутрнкрнсталлич. полей и о динамике спин-решёточных взаимодействий.
