Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Резонансные явления и нелинейная динамика спиновых систем в сильных акустических и электрических полях Шакирзянов, Масгут Мазитович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шакирзянов, Масгут Мазитович. Резонансные явления и нелинейная динамика спиновых систем в сильных акустических и электрических полях : автореферат дис. ... доктора физико-математических наук : 01.04.11.- Казань, 1991.- 38 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. Среди современных направлений развития методов радиоспектроскопии важное место занимают исследования магниторезонансных и нелинейных явлений б спиновых Подсистемах твердых тел, возбуждаемых сильными переменными полями в широ -ком диапазоне частот. Исследования эффектов насыщения и явле -ния квантования спинов в амплитуде переменного поля во вращающейся системе координат позволяют получать более детальную информацию о магнитных и электрических свойствах вещества, о происходящих в них процессах, имеющих микроскопическую природу, подтверждают справедливость гипотезы спиновой температуры и расширяют границы ее применимости в случае очень сильных переменных полей, углубляют наши представления об основополагающей роли магнитных диполь-дипольных взаимодействий в магнитном резонансе. Особо следует подчеркнуть ватаость магниторезонансных исследований с точки зрения общей теории необратимых процессов, для которой спиновые системы с известными законами о внутренних взаимодействиях служат ценнейшим объектом для проверки ее выводов. Поэтому развитие этого направления в радиоспектроскопии твердого тела представляет большой научный интерес.

Все вышесказанное в равной мере относится и к магнитной квантовой акустике, ставшей к настоящему времени самостоятельно" областью радиоспектроскопии. Современный уровень экспериментальной техники позволяет возбуждать в образцах акустические колебания большой интенсивности в широком интервале частот, что в свою очередь дает возможность изучать магнитоакустичес-кие резонансные явления в сильных полях. Отличительной чертой магьитоакустического резонанса является не непосредственное воздействие акустического поля на магнитные моменты частиц, а через их электрические квадрупольные моменты, которые более эффективно, чем магнитные моменты, связаны с колебательными степенями свободы твердого тела. Эта особенность возбуждения спи-ногых систем, являющаяся причиной многих эффектсв, наблюдение которых невозможно при злектромйгнйїним возбувдении, предопределяет особую актуальность рассматриваемой проблемы.

. Другой, не менее интересной стороной возбуждения спиновых подсистем тверпых тел сильными переменными полями являются эф-

,..екты, обусловленные нелинейной динамикой магнитных моментов. Нелинейные явления, наблюдаемые радиоспектроскопическими методами, характерные, как правило, для спиновых подсистем в магни-тоупорядоченных веществах с сильными межспиновыми взаимодействиями, в последние годы также активно изучаются и в неупорядоченных парамагнитных спин-системах^ . Исследование этих эффектов, наблюдение которых подчас не требует выполнения резонансных условий и определенной ориентации переменного поля, не только предоставляет подробные сведения о сильных межчастичных взаимодействиях на микроскопическом уровне, но также открывают дирокие возможности для применения радиоспектроскопических методов в изучении критических явлений в магнитных веществах. Следует отметлть, что число нелинейных явлений столь велико, а их природа столь разнообразна, что многие из них не имеют покч однозначного теоретического объяснения. Таким образом создание теории нелинейной динамики спиновых систем в сильных переменных пслях является на сегодняшний день одной из актуальных проблем физики магнитных явлений.

Особый интерес вызывает-решение этих проблем в нелинейных лсевдоспиновых системах, являющихся спиновым аналогом электрических дипольних подсистем сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок или типа смещения, статистические и динамические свойства которых описываются спиновыми гамильтонианами обменного тип?. Динамика псевдоспиновых систем в акустических и электромагнитных полях аналогична динамике магнитных спиновых систем и может быть исследована с помощью нелинейных уравнений двиге-шя для спиновых средних. Необходимость данных исследований обусловлена прежде всего тем, что свойства сегнетоэлектриков в спиновом представлении как в упорядоченной, так и в неупорядоченной фазах описываются одним и тем же спиновым гамильтонианом. Это позволяет рассматривать вопросы нелинейной динамики спиновых систем в сильных переменных полях в обеих фазах вещества с единой, спин-волновой, точки зрения, что весьма важно при изучении критических явлений и фазовых переходов методами радиоспектроскопии.

Кочзласв Б.И. и др.-ФТТ, І97Г, т.14; 1988, т.20. Буиавили Л.Л. и др. ФТТ,. 1983, т.25; ЖЭТФ, х989, т.95.

Цель работы. Основной целью реферируемой диссертации, исходя из актуальности и важности вышеуказанных проблем, являлось всестороннее изучение динамических и кинетических процессов в спиновых подсистемах твердых тел,.возбуждаемых сильными акустическими и электрическими пол.чми, в том числе: подробное теоретическое исследование всех проявлений неравновесных состояний единого низкочастотного энергетического резервуара в эффектах насыщения линий ЯМР (ЗПР) акустическим полем, индуцирующем квадру-польные переходы в парамагнитных спин-системах, спектр линий магнитного резонанса которых состоит из совокупности хорошо разрешенных линий; развитие теории резонансных явлений, исследование динамики и кинетики парамагнитных спиновых систем в резонансных акустических полях большой интенсивности, когда теория возмущений по отношению к переменному полю не применима; развитие спин-волновой теории нелинейной динамики псевдоспиновых систем, описываящих поведение системы электрических диполей в сегнето-электрике, возбуждаемого сильным переменным полем и исследуемого радиоспектроскопическими методами.

Научная новизна результатов реферируемой" работы определяется тем, что они получены- впервые и среди них наиболее существенными являются следующие:

построение и исследование кинетических ураьне.чпй квазитермодинамической теории акустического насыщения сигналов ЯМР (ЭПР) в многоуровневых спин-системах с сильно неэквидистантным спектром,

исследование особенностей проявления единого для всой совокупности линий низкочастотного энергетического резервуара при насыщении акустическим полем квадрупольных переходов,

установление нелинейной зависимости формы линий ЯМР от рас -стройки частоты насыщающего акустического полл,

предсказание, построение физической додели, теоретическое обоснование и экспериментальное обнаружение ягления квантования спинов в сильном акустическом поле резонансной частоты во вращающейся системе координат,

предсказание, теоретическое обоснование и эксп-'римектальное, обнаружение 'явления захвата макроскопического квадрупольног»1 момента спи^-системы акустическим полем резонансний чаї гиты,

--теория резонансных явлений в квантующем акустическом поле во

- б -

зращающейся систзме координат при различном характере ушире-ник линий магнитного резонанса в лабораторно!*, системе координат,

установление .эффекта расщепления линии и сдвига частоты ЯМР квантующим акустическим полем резонансной частоты в спиновых системах с сильно неэквкдистантным спектром,

теория адиабатически быстрого прохождения линии ядерного акустического резонанса в сильных полях,

спин-волновая теория нелинейной динамики псевдоспиновой системы сегнетоэлектрика в сильных высокочастотных электрических полях, вюгочаицая:

теорию явления двухимпульсного поляризационного эха,

теории нелинейного параметрического резонанса,

теорию явления электроакустического эха в связанной псевдо-слин-фононной системе сегнетоэлектрика.

Научная и практическая значимость диссертационной работы состоит прежде всего в получении нов'эс сведений о резонансных, неравновесных и нелш.эйных явлениях в магнитных дипольних и. олектрических дипольных и квадрупольных подсистемах твердых тел, которые могут быть полезны при изучении их свойств методами радиоспектроскопии. Исследование особенностей проявления сдвига температуры низкочастотного резервуара в многоуровневых спин-';:_ гемах, проведенные в первой части диссертации, способствуют углублению понимания роли низкочастотного резервуара в эффектах нзс-^екия. Полученные в этой части результаты могут быть использованы в теоретических и экспериментальных исследоваішях свойств парамагнитных веществ методами АЛ?, в особенности при изучении спин-фэнонкых взаимодействий в кристаллах, а также при создании парамагнитных усилителей низкой частоты и низкочастот-кых мазеров.

Предсказание и открытие явления квантования спинов и сильном акустическом поле, подтверждающего справедливость гипотезы спиновой температуры во вращающейся системе координат, в условиях, когда магнитные диполь-диполъные взаимодействия существенно меньше чем в лабораторной системе координат, ра.ігфяет границч применимости этой гипотезы. Исследования спиновой динамики и процессов спин-решеточной реліксации при качественно новом гамильтониане спин^систем^ в условг.а квантования в акусти-ческсм псле во вращающейся системе коор/инат дают дополнитель-

- ? -

ные сведения о физических свойствах вещестза и представляют собой хорошую теоретическую основу для интерпретации различны?: магниторезонансных явлений.

Результаты исследований динамических процессов в электрической дипольной системе .сегнетоелектрика показывают перспективность использования для описания нелинейных явлений в таких системах спиновых гамильтонианов и спин-волновых представлений. Спин-волновая теория дает возможность с единой точки зрения рассматривать нелинейную динамику электрических диполей в упорядоченной к неупорядоченной фазах сегнетоэлектрика. Полученные в этой части работа результаты, объясняющие основные закономерности и механизмы образования эхо-отклика в псевдоспиновых системах, могут быть такясе полезны при изучении аналогичных нелинейных эффектов в магнитных системах с динамическим сдвигал час -тоты.

На зашиту выносятся следующие основные результаты работы:

  1. Построение и исследование кинетических уравнений квазитермодинамической теории акустического насыщения сигналов ЯМР в многоуровневых спиновых системах твердых тел.

  2. Теоретическое исследоврние особенностей проявления в многоуровневых системах неравновесных состояний единого энергетического резервуара диполь-дшюльных взаимодействий. Установление нелинейной зависимости формы линий ЯМ? от расстройки частоты насыщенного акустического лочл.

Ъ. Теоретическое исследование влияния кросс-релаксационных процессов на амплитуду сигнала ЯМР при насыщении квагрупольнкх переходов.

  1. Теоретическое исследование влияния сильной асимметрии линии спик-фононной связи на сигналы MP в многоуровневых спин-системах с неоднородным уширением резонансных линий.

  2. Идея, построение физической модели, теоретическое обоснование и эгспериментальное обнаружение язлештя квантования спинов в сильном акустическом поле резонансной частоты по вращающейся системе координат.

  3. Идея, теоретическое обоснование к экспериментальное обнаружение явления захвата макроскопического квадрупольного мо »-мента спин-системы акустическим полем резонансной частоты.

?. Построение теории модуляционного резонанса на уровнях квази-знергии при однородном и неоднородном характере уширения ли-

- s --

ний ЫР в лабораторной системе координат.

d. Установление и теоретическое исследование явлений расщепления линии и сдвига частоты ЯМ? квантующий акустическим полем в спиновых системах с сильно неэквидистантнш спектром.

9. Построение квантомеханической теории адиабатически быстрого прохождения линии ядерного акустического резонанса. Тй. Теоретическое исследование нелинейной динамики вектора поляризации псевдоспиновых систем сегнетоэлектриков в перемен -ных электрических полях и построение спин-волновой теории поляризационного эха.

  1. Теоретическое исследование нелинейной динамики параметрического возбуждения и построение теории нелинейного псевдоспинового резонанса в сегнетоэлектриках.

  2. Теоретическое исследование нелинейной динамики и затухания электроакустических волн и явления электроакустического эха в псевдоспин-фонпнных системах сегнетоэлектриков.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 19 публикациях в центральной печати. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 5-ом Международном симпозиуме по ЯКР спектроскопии (Москва, 1981); Всесоюзной конференции "Физика диэлектриков" (Баку, (193."); 12,13,14,15-ой Всесоюзных конференция-/ по акустоэлектро-нике и физической акустике твердого тела (Саратов, 1983; Черновцы, IS86; Кишинев, 1989; Ленинград, 1991); Всесоюзной конференции по магнитному резонансу в конденсированных средах (Казань, 1934); 8,9-ой Всесоюзны/, школах по магнитному резонансу (Таллинн, 1983; Кабулетти, І9В5); на сессиях Научного совета "Радиоспектроскопия конденсированных сред" (Москва, 1984; Казань, 1936); на сессии научного совета "Ультразвук" (Ленинград, 1986); 12-ой Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (Рос-тов-на-Дс:-у, 1939); Всесоюзном совещании "Радиоспектроскопия кристаллов с фазовыми переходами" (Киев, 1989); 4-ом Всесоюзном симпозиуме "Световое эхо и пути его практических применения" (Яуйбиіев, 1939).

Об:.ем структура работы. Диссертация состоит из введения, трех частей, заключения и списка лит.ратуш. Онь. содержит 2Ь5 страниц основного текста. 12 .рисунков и 206 литературных ссылок. ОбциЯ объем диссертации составляет 268 страниц.