Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СПИНОВАЯ ДИФФУЗИЯ

СПИНОВАЯ ДИФФУЗИЯ

СПИНОВАЯ ДИФФУЗИЯ - процесс пространственного выравнивания неоднороднойспиновой поляризации в системе локализов. магн. моментов. В отличие отобычной диффузии, связанной с массопереносом, при С. д. распространяетсялишь спиновое возбуждение, тогда как сами носители спиновых моментов (парамагн. <ионы, радикалы, атомные ядра) не перемещаются.

При помещении парамагн. вещества, содержащего частицы с нескомпенсиров. <спином S, во внеш. магн. поле Н возникает отличная от нуляспиновая поляризация , где -ср. значение проекции спинов Sz на направление поля (ось Z). Вусловиях термодинамич. равновесия при темп-ре Т ₀ поляризацияопределяется Волъцмана распределением парамагн. частиц по энергетич. <уровням, возникающим вследствие квантования S_z (см. Зееманаэффект). В простейшем случае S = 1/2 возможны всего две ориентацииспина: вдоль и против поля Н; при этом , где - магнитомеханическое отношение. При нарушении равновесия междуспиновой системой и «решёткой» (термостатом) величина Р определяется спиновойтемпературой . ПроцессыС. д. возникают в тех случаях, когда пространственное распределение величины Р оказывается неоднородным, т. е. grad.Передача избытка поляризации между соседними парамагн. частицами происходитв направлении выравнивания Т _S за счёт магн. диполъ-диполъноговзаимодействия или спин-спинового обменного взаимодействия. Элементарныйакт этого процесса состоит в одноврем. изменении ориентации спинов двухчастиц в противоположных направлениях при сохранении их суммарной проекции S_z и суммарной магн. энергии в поле Н. Такой акт носит резонансныйхарактер и эффективен лишь при близости частот магн. резонанса взаимодействующихчастиц.

Усреднённое макроскопич. описание этого процесса в ряде простейших случаевприводит к обычному ур-нию диффузии для величины P(r, t), где r- пространственная координата, t - время.

Роль С. д. наиб. существенна в ядерных спиновых системах твёрдых тел, <где она обычно определяется магн. диполь-дипольным взаимодействием междусоседними ядрами. В этом случае коэф. С. д., где а - расстояние между ближайшими ядерными спинами. С. д. значительноускоряет процессы спин-решёточной релаксации и динамич. поляризации ядер, <обеспечивая перенос неравновесной спиновой поляризации к примесным парамагн. <центрам, осуществляющим передачу энергии ядерных спинов в решётку (см. Релаксациямагнитная, Оверхаузера эффект).

В магниторазбавленных электронных парамагнетиках С. д. осложнена нерегулярнымрасположением примесных парамагн. центров и значительным неоднородным уширениемлиний электронного парамагнитного резонанса. В таких системах С. д. можетсопровождаться т. н. спектральной диффузией - распространением спиновоговозбуждения по спектру магн. резонанса.

Явления, сходные со С. д., характерны также для миграции оптич. возбужденияв люминесцентных средах, в частности в активных материалах лазеров.

Лит.: Хуцишвили Г. Р., Спиновая диффузия, «УФН», 1965, т. 87,с. 211; 1968, т. 96, с. 441; Ацаркин В. А., Динамическая поляризация ядерв твердых диэлектриках, М., 1980; А б р а г а м А., Ядерный магнетизм, <пер. с англ., М., 1963; Александров И. В., Теория магнитной релаксации. <Релаксация в жидкостях и твердых неметаллических парамагнетиках, М., 1975. В. <А. Ацаркип.

С. д. в магнитоупорядоченных веществах, теоретически рассмотренная Л. <Ван Ховом (L. Van Hove, 1954) и П. Ж. де Женом (P. G. de Gennes, 1958)и наблюдавшаяся экспериментально с помощью магн. рассеяния нейтронов, является, <как и в парамагнетиках, одним из механизмов, определяющих динамику спиновойплотности S(r,t) или намагниченности M(r,t).

В отличие от парамагнетиков, в магнитоупорядоченных веществах значениеэнергии обменного взаимодействия значительно больше энергии зеемановскоговзаимодействия. Поэтому неоднородное и неравновесное распределение намагниченностивызывается главным образом не внеш. полем, а коррелированными спиновымифлуктуациями.

Ниже критич. темп-ры Т _с (напр., Кюри точка дляферромагнетика или Нееля точки для антиферромагнетика) динамиканамагниченности носит преимущественно не диффузионный, а волновой характер(см. Спиновые волны). Однако в условиях сильного затухания и малоговремени жизни магнонов (Т близко к Т _с )волноваядинамика намагниченности сменяется диффузионной, что проявляется, в частности, <в виде т. н. центрального (квазиупругого) пика в сечении критич. магн. <рассеяния нейтронов. Выше критич. темп-ры Т _с С. д. становитсяосновным механизмом пространственного выравнивания неоднородной намагниченности. <Особенности С. д. в парамагнитной области ( Т Т _с )магнитоупорядоченныхвеществ по сравнению со С. д. в обычных парамагнетиках проявляется в критическомзамедлении (аномальное возрастание вблизи Т _с времён магнитнойрелаксации). Аналогичными свойствами обладают и др. кинетич. и резонансныехарактеристики (напр., затухание ультразвука в магнетиках, ширина линииЭПР и др.).

Лит.: Форстер Д., Гидродинамические флуктуации, нарушенная симметрияи корреляционные функции, пер. с англ., М., 1980. Ю. Г. Рудой.