Акустический Парамагнитный Резонанс

АКУСТИЧЕСКИЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС (АПР), резонансное поглощение энергии акустических волн системой электронных спинов парамагнетика, которое возникает при равенстве энергии кванта упругих колебаний (фонона) разности энергий уровней парамагнитного иона. Предсказан российским физиком С. А. Альтшулером (1952), впервые наблюдался Э. Джекобсеном, Н. Шайреном, Э. Такером в США (1959). АПР можно рассматривать как акустической аналог электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Передача энергии электромагнитных колебаний парамагнитным частицам при ЭПР происходит непосредственно, в то время как передача акустической энергии при АПР происходит посредством взаимодействия электронных спинов атомов твёрдого тела с колебаниями кристаллической решётки (спин-фононное взаимодействие). Колебания решётки периодически изменяют расстояния между атомами, что приводит к модуляции внутрикристаллического поля и взаимодействий в электронных системах спинов. АПР регистрируется по дополнительному поглощению энергии акустической волны в зависимости от напряжённости приложенного магнитного поля. Для этих целей используются импульсы акустических волн на частотах 10⁹—10¹¹ Гц.

С помощью АПР определяют энергетические спектры парамагнитных ионов, исследуют механизмы спин-фононного взаимодействия, динамику электронно-ядерных взаимодействий и нелинейных процессов. Как спектроскопический метод АПР существенно расширяет возможности ЭПР, поскольку при акустическом резонансе разрешены практически все переходы между уровнями энергии спинов, а в ЭПР - только магнитные дипольные переходы. Методом АПР исследовано большое количество парамагнитных ионов в диэлектрических полупроводниковых и магнитных кристаллах, получена исчерпывающая информация о значениях энергии спин-фононного взаимодействия, о локальных искажениях симметрии внутрикристаллического поля за счёт структурных и примесных дефектов, а также об энергии электронно-ядерных взаимодействий. На АПР основан метод контроля качества кристаллов на микроскопическом уровне.

Развитие исследований по АПР и динамике спиновых систем привело к созданию квантовых усилителей и генераторов УЗ-волн - акустических аналогов лазеров и мазеров. Исследования распространения коротких акустических импульсов в условиях АПР привели к обнаружению целого ряда новых эффектов: акустическое спиновое эхо, самофокусировка акустических волн, резонансная дисперсия скорости звука и вращение плоскости поляризации акустической волны. Значительно большее время прохождения акустических импульсов через среду по сравнению с оптическим импульсом даёт новую возможность получать более обширную информацию о механизмах взаимодействия акустических волн с веществом и между собой.

Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б. М. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп. 2-е изд. М., 1972; Такер Дж., Рэмптон В. Гиперзвук в физике твердого тела. М., 1975; Магнитная квантовая акустика. М., 1977; Голенищев Кутузов В. А., Самарцев В. В., Хабибуллин Б. М. Импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия. М., 1988.