Файл: Крюкова Л.Н. Сверхтонкие взаимодействия в ядерной физике учеб. пособие для студентов физ. фак.pdf

-

45

-

Недавно

(I960 г.)

было установлено,

что

эффективное

поле

на

ядре

в

металлической жѳлеэѳ имеет нг - равлени ѳ, противополож­

ное направлению поля домена, дальнейшие

исследования

показа ­

ли,

что

этот эффект (неожиданный с

точки

зрения

существующих

в то время представлений) можно объяснить как результат

кон ­

тактного взаимодействия магнитного

момента ядра о поляризо­

в а н н ы й

fis -электронами. Обменное

взаимодействие между

/ 1 5 -

и 3d

-электронами

приводит

к

притяжению

электронов

о парал ­

лельно

направленными спинами

и

к отталкиванию -

о антипарал-

чек

( I 5

и 2 £

) имеют отрицательную спиновую плотность на

ядре

и создают

отрицательное поле Н .

,

а

электроны

внешних

оболочек

(35

и 4 s

)

- положительное,

И%

.

Так

как

плотность

внутренних электронов

больше плотности

внешних,

то р е з у л ь т и ­

рующее поле

Hf

оказывается отрицательным.

Раэумеѳтоя,

это

упрощенное

качественнее рассмотрение

не

отражает

всей

присутствующих

в

ферромагнитных

матрицах

(hc

,Со

,Ni)

в

к а -

чеотвѳ примеси

("примесный ферромагнетизм"). Например, было

обнаружено,

что

^ а

на

ядре

золота в

железе, Н^^Аи*

Fë) а

-1290

ю .

Первоначально

было

предположено,

что

эффективное

поле

на ядре

іниесного

атома в

основном

обусловлено

контакт ­

вует три закономерности

поведения

на ядрах примесных

атомов:

I ) Величина H

пропорциональна

магнигноиу моменту

46

матрицы

ju .

2)

Зависимость напряженности

° ï суммарного числа

тов

внутри

ІУ, У и УІ периодов можно

аппроксимировать парабо­

лой

вида:

где

}х

-

атомный магнитный

момент

матрицы,

•О

-

число

внешних

электронов,

О. и 6

-

постоянные параметры.

Симметрия

относительно

V

=9

означает, что данное число элект­

ронов вызывает такое же поле,

как и соответствующее

число ды­

рок

в ns

-, пр-

и ( п

-

I ) d -

оболочках.

3)

При фиксированном

>)

величина

К*р,р

растет с увели­

чением

номера периода.

Эти

закономерности

можно

обобщить,

представив

^ 9 ^ ,

в

функции

V

в виде эмпиричеокой формулы, справедливой для трех

матриц

и трех периодов:

H

••

Я ,

= "2,48

+ 0,113 ( V - 9 ) 2 ,

Г 2

»

где

2д

-

число электронов в заполненных оболочках примесно­

го

атома. Сравнение

экспериментальных

значений

^ ç r ç , с

Р 8 0 -

считвиными на основания

приведенной

формулы указывает на

их

Рис. 13. Эффективные магнитные поля

на ядрах H

прииесішх

атомов ІУ,У,УІ периодов в

ферромагнитных

матрицах

( F e . C b . / V i

) .

-

48

-

Г Л А В А

I I

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХТОНКИХ ВЗ.-.ОЙОДЕйСТВйа

МЕТОДОМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Ядѳрньш магнитным резонансом (ЯМР) называется

явление

резонансных переходов между

магнитными подуровнями

атомных

ядра. В дальнейшем оказалось,

что

ЯМР является ценным

методом

исследования не только в ядерной физике, но также в физике

твердого т е л а ,

теории магнетизма,

физической химии и д р .

§ I . Основы теории ЯМР

І._СвооРіныѳ_яд.ра,

Для наглядности и более полного понимания физики

явления

ЯМР применяются

два метода его

описания - классический

и к ш н -

ядер, обладающих

в основном состоянии

механическим I н д а -

польныы магнитным

Ja моментами, под

действием постоянного и

дения одного

і а р а .

При элементарном

квантовоыѳханичѳскоы рассмотрении я д е р ­

ного магнитного резонанса взаимодействие ядра с постоянным

магнитным полѳы

Н9

и направленным перпендикулярно к нему, по ­

ляризованным

по

кругу

полем H ( t )

, равным

H^t)

«

H ( T S i a ü ) f t

+ J C o s t û ^ t )

,

описывается

гамильтонианом:

^ = - ^ Î H 0

- ^ I ^ ( i ) .

( 5 6 )

На практике вместо вращающегося поля

H

(t)

обычно

накладыва­

ют линейно

осциллирующее

магнитное поле 2Н<Со$

СО^і

, э к в и в а ­

лентное

сумме двух

полей

с равными

амплитудами

H

,

вращающих­

с я о

одинаковой

частотой

СО( в противоположных направлениях**).

Бели колебания переменного поля направлены вдоль оси

X ,

то

•

гамильтониан

(56)

в

этом

случае запишется

в виде

^ - - ^ Н ^ - у и н ^ С о . ч і .

( 5 7 )

Если

H f

«

HQ

,

то второй

член

можно

рассматривать

как

возму­

щение, при

определенных

условиях

приводящее

к

индуцированным

переходам между магнитными подуровнями. Оператор

І х

имеет

от ­

личные от

нуля

матричные

элементы

^Г№* | Г

j

rtt.^

только

для

переходов между соседними подуровнями с

д / т і

*

i l ,

различаю­

щихся

по

энергии

на

д £ я ^ Й . Н о .

Условием

для

осуществления

таких переходов под действием переменного поля будет

равенство

энергий:

fc.GOf -

Д Е *

Я с 0 о

(58)

или

U)

•» Cü

«

у

H .

W1

о

0

'

•

(59)

Выражение

(59)

и есть условие

резонанса,

то

есть

максимальной

'«)

і , j

,

К

- единичные

векторы

вдоль направлений осей

X f y , z

а с )

аффективным

бу„ет только

одно

из

них. Из классического

р а с ­

смотрения следует, что этим полем

является т о ,

которое

враща­

ется

в

направлении прецессии

іХ

. Влиянием

противоположно

вращающейся

компоненты мокно

пренебречь.