Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОВЕРХАУЗЕРА ЭФФЕКТ

ОВЕРХАУЗЕРА ЭФФЕКТ

ОВЕРХАУЗЕРА ЭФФЕКТ - увеличениеинтенсивности ядерного магнитного резонанса и поляризации ядерноймагн. системы при насыщении электронного парамагнитного резонанса. О. <э. наблюдается в условиях, когда в электронной парамагн. системе существуетрелаксац. процесс, содержащий в каждом акте связанное однонаправленноеизменение ядерных спиновых переменных и определяющий стационарное сосстояниеядерной магн. системы (см. Ориентированные ядра, Парамагнетизм). О. <э. предсказан А. Оверхаузером (A. W. Overhauser) в 1953 для взаимодействующихспиновых систем электронов проводимости и ядер в металлах. В том же годуО. э. был экспериментально подтверждён Т. Карвером (Th. R. Carver) и Ч. <Сликтером (Ch. P. Slichter), впоследствии наблюдался в полупроводниках, <жидкостях с парамагн. примесями и твёрдых телах с высокой концентрациейсвободных радикалов или парамагн. примесей. О. э. является одним из методовдинамич. поляризации ядер. Для его объяснения существенны два явления:зеемановское расщепление магн. уровней (см. Зеемана эффект) ж релаксация- процесс возвращения возбуждённой системы в состояние термодинамич. <равновесия.

Магн. моменты микрочастиц могут иметьтолько определ. ориентации в магн. поле, к-рым соответствуют определ. значенияэнергии (энергстич. уровни). На рис. изображена структура этих уровнейдля электронно-ядерной системы с электронным спином S =¹/₂ и ядерным спином I = ¹/₂. Зеемановское расщеплениедля электронного спина равно для ядерногоспина где Н - напряжённость внеш. магн. поля,и -магн. моменты электрона и ядра. Поскольку имеем Термодинамически равновесная поляризация электронной и ядерной магн. системопределяется населённостью электронных уровней S_z =¹/₂ и ядерных уровней I_z =¹/₂.Отношение населённостей соответствует распределению Больцмана:

где N_i - населённостьуровней, соответствующих рис. Возбуждение переходов S_z-1,J_z=0 отвечает ЭПР, а переходов S_z=0,I_z=1 - ЯМР. Если приложить к образцу достаточно сильное перем. магн. <поле с частотой ЭПР то электронные переходы можно насытить, т. е. выровнять населённости уровней, <между к-рыми происходят соответствующие переходы (S_z=1,I_z= 0), при этом N₁N₃ и N₂N₄. Магн. <ВЧ-поле переводит электроны в верх, состояния, а релаксац. процессы стремятсявосстановить состояние термодинамич. равновесия. Конкуренция этих процессовопределит амплитуду ВЧ-поля, необходимую для насыщения ЭПР. Ответственныйза это релаксац. процесс (со скоростью релаксации )не приводит к переориентации ядерных спинов.

Структура зеемановских энергетических уровнейэлектронно-ядерной системы с S = ¹/₂ и I-¹/₂. Штриховые линни соответствуют различнымвидам релаксации. Справа в первом столбце - относительные равновесные населённостиуровней, N₁/N₄, во втором столбце - те жевеличины в условиях эффекта Оверхаузера при

Существование флуктуирующего сверхтонкоговзаимодействия, связанного либо с движением носителей электронного спина, <либо с быстрой переориентацией этого спина в обменном поле, приведёт кпоявлению др. релаксац. процессов. Контактное фермиевское взаимодействиеприводит к релаксац. процессу типа S_z=-1при I_z= 1, и наоборот (со скоростью релаксации ).Флуктуирующее дппольное взаимодействие приведёт к процессу типа S_z= -1,I_z= -1 (со скоростью релаксации ).В ядерной маги, системе существуют релаксац. процессы S_z=0,I_z=1 (со скоростью релаксации ).

Для О. э. характерно соотношение Осн. процесс, ведущий к изменению населённостей, отвечает переходам междууровнями 4 и 1. При этом, происходят однонаправленные перевороты ядерныхспинов, приводящие к след. отношению населённостей: N₁/N₂= N₃/N₄ =exp(+)/kT. Т. <о., поляризация ядер в состоянии термодинамич. равновесия определяетсявеличиной зеемановского расщепления в ядерной магн. системе, а в условияхО. э. - зеемановским расщеплением в электронной системе. При высоких темп-pax,когда kT, поляризация возрастает в ~ 10³ раз. Неполное насыщение ЭПР и конечные значения величин и приводят к ослаблению поляризации ядер при О. э. При поляризацияядерной магн. системы будет противоположной.

О. э. наряду с др. эффектами динамич. <поляризации ядер используют для изучения ядерной магн. системы и получениясистемы поляризов. ядер.

Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б. <М., Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточныхгрупп, 2 изд., М., 1972; А брагам А., Ядерный магнетизм, пер. с англ.,М., 1903; Джеффрис К., Динамическая ориентация ядер, пер. с англ., М.,1965; Ацаркин В. А., Динамическая поляризация ядер в твёрдых диэлектриках, <М., НМО.

В. Л. Тулин.