Приглашаем посетить сайт
СПИН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
СПИН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - взаимодействие электронных и ядерныхспинов атомов твёрдого тела с упругими колебаниями кристаллической решётки. Последнимв квантовомеханич. представлении соответствует поле фононов. Колебаниярешётки, тепловые или вызванные внеш. упругой волной, периодически изменяютрасстояния между атомами, что приводит к модуляции как внутрикристаллическогополя, так и взаимодействий между спинами электронов и ядер, т. е. к спин-спиновомувзаимодействию.
С.-ф. в. обусловливает релаксационные процессы, приводящие к установлениютеплового равновесия между системой спинов и решёткой,- т. н. спин-решёточнуюрелаксацию (см. Релаксация магнитная). Оно также оказывает влияниена положение и ширину спиновых уровней, приводя к сдвигу фактора спектроскопич. <расщепления и изменению констант тонкого и сверхтонкого спиновых расщеплений. <С.-ф. в. ответственно за поглощение энергии акустич. колебаний при акустическомпарамагнитном резонансе (АПР).
Известно неск. механизмов С.-ф. в. Для электронных спинов парамагнитныхионов в т. н. слабоконцентрированных парамагнетиках (напр., примесных парамагн. <ионах в диамагн. матрице), где взаимодействием между парамагн. ионами можнопренебречь, наиболее существенным является электрич. механизм, обусловленныймодуляцией внутрикристаллич. электрич. поля упругими колебаниями решётки. <Осциллирующее поле нарушает орбитальное движение электрона и посредствомспин-орбитального взаимодействия вызывает переориентацию спинов парамагн. <ионов. Этот процесс связан с т. н. ванфлековским парамагнетизмом, обусловленнымдеформацией электронной оболочки иона. Механизм Ван Флека характерен дляпримесных ионов группы Fe и редких земель в диэлектрич. и полупроводниковыхкристаллах (напр., Fe2+ в А12O3 и MgO;Сr2+ в GaAs). С.-ф. в. возникает в результате модуляции зеемановскойэнергии или взаимодействия электронной намагниченности с магн. полем, обусловленнымядерным магнитным моментом (см. Сверхтонкое взаимодействие).
В концентрированных парамагнетиках С.-ф. в. может осуществляться засчёт модуляции колебаниями решётки магнитного дипольного или обменноговзаимодействий между спинами, поскольку они зависят от расстояний междуионами (механизм Валера). В случае диэлектриков этот механизм может конкурироватьс ванфлековским только для ионов с большим магн. моментом.
В магнитоупорядоченных веществах основную роль в С.-ф. в. играет модуляцияупругими колебаниями решётки обменного взаимодействия между спинами. Всвою очередь, коллективные колебания спинов ( спиновые волны), распространяясьпо кристаллу, вызывают смещения ионов решётки, что приводит к возникновениюсвязанных т. н. магнитоупругих колебаний. Их интенсивность возрастает присовпадении частот спиновой и упругой волн с одинаковым волновым вектором.
Для атомов, ядра к-рых обладают квадрупольным моментом, существенноС.-ф. в., обусловленное связью переменных градиентов внутрикристаллич. <поля с квадрупольными моментами ядер. Квадрупольный механизм С.-ф. в. присущдиэлектрикам, слаболегированным полупроводникам и ряду металлов.
В проводящих средах ( металлах, сильнолегированных полупроводниках)с большой концентрацией электронов проводимости помимо электрич. механизмаС.-ф. в. существует т. н. механизм Ольфера - Рубина, связанный с возникновениемдополнительного переменного магн. поля, обусловленного взаимодействиемколебаний решётки с электронами проводимости. При этом переменное магн. <поле модулирует дипольное взаимодействие между магнитными моментами ядер. <В металлах для ядер с большим квадрупольным моментом преобладающую рольиграет квадрупольный механизм С.-ф. в., а для ядер с малым квадрупольныммоментом могут одновременно участвовать два механизма - квадрупольный идипольный. С понижением темп-ры Т от 300 К до 14 К из-за вымораживанияносителей вклад дипольного механизма значительно уменьшается. При квадрупольноммеханизме 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 четвёртогоранга, связывающими изменение энергии системы спинов с деформацией решётки. <Значения элементов цензора С.-ф. в. зависят от конкретных механизмов С.-ф. <в. и отражают локальную симметрию внутрикристаллич. поля вблизи данногоиона. Элементы тензора С.-ф. в. могут быть определены экспериментальнопо сдвигу линии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерногомагнитного резонанса, а также под действием одноосного давления; попоглощению энергии при АПР; по акустическому насыщению линий ЭПР и ЯМР;по времени спин-решёточной релаксации. Экспериментальное определение константС.-ф. в. и сопоставление их с теоретич. значениями, соответствующими темили иным механизмам С.-ф. в., позволяют получать информацию о структуреи величине внутрикристаллич. полей и о динамике спин-решёточных взаимодействий.
Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитныйрезонанс соединений элементов промежуточных групп, 2 изд., М., 1972; КессельА. Р., Ядерный акустический резонанс, М., 1969; Т а к е р Д., Р э м п то н В., Гиперзвук в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1975; Магнитнаяквантовая акустика, под ред. С. А. Альтшулера, М., 1977. В. А. Голенищев-Кутузов.