Введение к работе
Актуальность темы. Импульсные методы магнитного резонанса являются одним из наиболее информативных инструментов исследования тонких детален внутренних взаимодействий и процессов релаксации в веществе. Изучение реакции системы на короткий н мощный импульс электромагнитного поля или на специальным образом сформированную последовательность таких импульсов позволяет подробно исследовать процессы установления равновесия в системе, избирательным образом изучать определенные классы взаимодействий, существенно расширить диапазон физических параметров, несущих информацию о кинетических явленнях и динамике происходящих в изучаемой системе изменений. Возможность непосредственного наблюдения за развитием исследуемых процессов во времени делает импульсные методики магнитного резонанса исключительно важными при изучении систем, в которых велико неоднородное, уширение линий стационарного поглощения, имеет место значительное искажение формы резонансных кривых, велики эффекты насыщения, а также в исследовании систем с высокой подвижностью спинов. Все вышеуказанные моменты в полной мере относятся к магнитной радиоспектроскопии проводников, в особенности, парамагнитному резонансу электронов проводимости (ПРЭП).
Пространственная неоднородность переменного поля в проводнике (скин-эффект) значительно снижает амплитуду наблюдаемых сигналов и существенно искажает пинии резонансного поглощения, делая нетривиальной задачу определения истинных спектроскопических параметров (положение линии, ее ширина и т.д.). Высокая подвижность электронов проводимости (ЭП) обуславливает их определяющий вклад в релаксационные процессы в проводниках, так что резонансные эффекты, возбуждаемые в любой из спиновых подсистем металла, сильно коррелируют с состоянием системы ЭП. Весьма важным оказывается взаимодействие электронов проводимости с поверхностью металла и, как следствие, существенное влияние размеров и формы образца на поведение и свойства наблюдаемых резонансных явлений.
Исследования ПРЭП в металлах имеют богатую историю, однако, в подавляющем большинстве, они касаются линейного по перемешюму полю
явления - стационарного резонанса ЭП. Поэтому проведенное в настоящей диссертационной работе изучение нелинейных, магниторезонансных эффектов ( спиновая индукция и эхо), имеющих место при импульсном возбуждении электронной спин-системы металла, представляется весьма актуальным. Большой интерес представляет также и исследование переходных процессов и нестационарных явлений в ядерной сшш-системе проводников, особенно в тех случаях, когда электронное строение проводника не соответствует обычно используемой картине делокализованных блоховских электронов ( малые металлические частицы, неупорядоченные металлы)
Целью диссертации является построение теории нестационарных процессов спинового резонанса в системе электронов проводимости и ядерной подсистеме проводника и интерпретация на ее основе экспериментальных данных по исследованию явлений спинового эха и индукции в дисперсных металлических системах.
Научная новизна работы состоит в том, что
впервые проведено теоретическое описание нестационарных процессов магнитного резонанса в слин-системе электронов проводимости с учетом существенной пространственной неоднородности переменного поля в массивном металле. В рамках развитой теории получен ряд новых результатов: установлена аномальная , непериодическая зависимость амплитуды сигналов спинового эха и индукции от параметров возбуждающих СВЧ нмпуьеов; получены выражения, описывающие спиновую "прозрачность" металлов относительно сигналов переходных процессов в спин-системе ЭП ; предсказан эффект динамической модуляции сигналов спинового эха ЭП в металлических частицах, обусловленный взаимодействием ЭП со спинами , локализованными на поверхности частицы;
впервые теоретически рассмотрены нестационарные процессы ядерного магнитного резонанса в неупорядоченных проводниках. Показано, что пространственные флуктуации электронной плотности, связанные с явлением андерсоновской локализации, приводят к необычной ~exp{-tlnt} кинетике восстановления равновесного значения намагниченности ядер
после импульсного воздействия, вызывают значительную асимметрию формы и сдвиг максимума сигналов ядерного спинового эха;
впервые исследовано влияние внешнего перемитого поля на аномалии туннельной проводимости контактов, содержащих парамагнитные примеси в диэлектрическом барьере. Показано, что величина аномального пика при нулевом напряжении на контакте радикальным образом зависит от степени насыщения мапштного резонанса примесных центров, а ее зависимость от частоты внешнего переменного поля полностью аналогачна резонансной кривой стационарного поглощения примесей.
Научно-практическое значение работы заключается в том, что в исследованиях, включенных, в диссертацию, развиты новые подходы решения нестационарных задач магнитного резонанса в системах с высокой подвижностью сгшнов; проведен теоретический анализ импульсных ЭПР экспериментов в металлах, существенно расширяющих возможности исследования проводников методами спинового ' резонанса; рассмотрен ряд нестационарных магаиторезонансных эффектов, дающих информацию о свойствах гранулированных металлических систем, представляющих большой практический интерес.
Апробация работы ; Результаты, полученные в настоящей диссертационной работе, были доложены на следующих научных конференциях: Международные конгрессы AMPERE (Ноттингем 1974; Таллин 1978; Варшава 1988; Казань 1994);11 Специализированный коллоквиум AMPERE (Будапешт 1975) ; Международные конференции по тонким пленкам и поверхностному магнетизму (Дюссельдорф 1994; Кембридж 1995); Всесоюзные конференции по физике низких температур (Киев 1974; Тула 1983; Тбилиси 1986; Ленинград 1988); Всесоюзная конференция по магнитному резонансу (Казань 1984); Всесоюзные школы по магнитному резонансу (Славяногорск 1981; Кобулети 1988; Киев 1989).
Публикации : основные результаты диссертации опубликованы в 21 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы : диссертация состоит из Введення, четырех глав. Заключения и Списка литературы из і 18 наименований. Диссертация содержит 205 страниц, включая 23 рисунка.