Акустический Ядерный Магнитный Резонанс

АКУСТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС (АЯМР), резонансное поглощение энергии акустических волн системой ядерных спинов твёрдого тела, возникающее при равенстве энергии кванта упругих колебаний (фонона) разности энергий уровней ядерных спинов во внешнем магнитном поле или внутрикристаллическом поле. Это явление аналогично ядерному магнитному резонансу (ЯМР). Впервые теоретически рассмотрено российским физиком С. А. Альтшулером (1952) и обнаружено У. Проктором и У. Тантилой в США (1955).

Известно несколько механизмов, ответственных за ядерное спин-фононное взаимодействие: модуляция акустической волной электрического или магнитного внутрикристаллического поля, модуляция взаимодействий между ядерными спинами и модуляция электронно-ядерных взаимодействий. Распространение акустической волны в проводящей среде, содержащей свободные электроны, приводит к возникновению переменного магнитного поля, воздействующего на ядерные спины.

Изучение АЯМР проводится на частотах 1-500 МГц путём непосредственного измерения дополнительного поглощения ультразвука в образце при резонансе либо с использованием акустического насыщения ядерных спиновых уровней. Резонансные акустические колебания возбуждают переходы между спиновыми уровнями, а возникающее при этом изменение населённостей уровней измеряется по интенсивности сигнала ЯМР.

Метод АЯМР обладает рядом дополнительных возможностей по сравнению с ЯМР. Наиболее подробно методом АЯМР изучены механизмы спин-фононного взаимодействия в различных диэлектриках, что позволило усовершенствовать теорию внутрикристаллических полей и определить ряд параметров кристаллической решётки: угловые характеристики химических связей, градиенты электрических полей на ядрах. Использование двойных магнитно-акустических резонансов позволило обнаружить ряд новых эффектов: динамическую поляризацию атомных ядер ультразвуком, акустические многоквантовые переходы.

Методом АЯМР исследованы монокристаллы ряда металлов, сплавов и низкоомных полупроводников. Подобные исследования с помощью ЯМР ограничиваются глубиной проникновения электромагнитного поля в проводник (глубина скин-слоя), в то время как использование АЯМР даёт возможность изучать образцы больших объёмов. Разработан способ оценки микроскопических дефектов кристаллов на основе изучения спинфононных взаимодействий и сравнения ширины линий АЯМР и ЯМР.

Очень большое резонансное поглощение акустической энергии на спинах магнитоактивных ядер в магнетиках позволило исследовать ряд нелинейных резонансных акустических эффектов: акустической ядерное спиновое эхо, самофокусировку и самосжатие (образование солитонов) акустических импульсов, распространяющихся в среде в условиях ЯМР, вращение плоскости поляризации акустической волны.

Лит.: Кессель А. Р. Ядерный акустический резонанс. М., 1969; Голенищев-Кутузов В. А., Самарцев В. В., Хабибуллин Б. М. Импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия. М., 1988; Спин-фононные взаимодействия в кристаллах (ферритах) / Отв. редактор Л. К. Зарембо, Е. В. Чарная. М., 1991.