Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
частота vp = , где H — постоянная Планка.
11°. Различают электронный и ядерный магнитные резонансы. Электронным парамагнитным резонансом (ЭПР) называют магнитный резонанс в парамагнитном веществе, содержащем частицы, которые обладают постоянным магнитным моментом, — атомы, молекулы, ионы и квазисвободные электроны (например, электроны проводимости в металлах). Для переходов, подчиняющихся правилу отбора по магнитному квантовому числу, резонансная частота равна
_ 8№вн
уэпр-----J1---
где H — напряженность постоянного внешнего магнитного поля, g — множитель Ланде (для квазисвободных электронов g = 2). При H-IO5 ~ IO6 — частота
M
vSnp ~ 109 - Ю10 Гц-
12°. Форма и интенсивность линий, наблюдаемых в электронном парамагнитном резонансе, зависят от взаимодействия спинов атомных электронов друг с другом и с решеткой твердого вещества.
Спин-спиновое взаимодействие атомов обусловлено наличием не равного нулю полного спинового магнитного момента атома. В общем случае оно добавляется к взаимодействию атомов с внешним магнитным полем, приводя к уширению резонансных линий. Это взаимодействие быстро убывает с ростом расстояния между атомами и может быть сделано пренебрежимо малым при разведении парамагнитного вещества в немагнитных растворителях.
13°. Спин-решеточное взаимодействие обусловлено тем, что орбитальный магнитный момент атома, связанный LS-связью со спиновым моментом атома, свя-
816
VI.3. ATOM
зан вместе с тем электрическими силами с внутрикрис-таллическим полем (спин непосредственно с решеткой не взаимодействует). Это взаимодействие обусловливает то, что спины атомов ориентируются по направлению внешнего магнитного поля не мгновенно, а постепенно. Это явление называют спин-решеточной релаксацией и характеризуют периодом т, связанным с энергией атомного перехода соотношением неопределенностей Гейзенберга. Переход атома на более высокий (поглощение) или на более низкий (излучение) уровень зеемановско-го расщепления происходит не раньше, чем соседние атомы в решетке смогут отдать или воспринять квант энергии ^v311P = АЕ.
14°. Ферромагнитным резонансом (ЭФР) называют электронный магнитный резонанс, наблюдающийся в ферромагнитных образцах. Резонансное поглощение энергии в ферромагнетиках на несколько порядков больше, чем в парамагнетиках. Расчет ферромагнитного резонанса нельзя основывать на рассмотрении квантовых переходов между зеемановскими уровнями отдельных атомов, как в случае ЭПР. В ферромагнитном образце электроны образуют связанный коллектив. Поэтому поглощение энергии переменного электромагнитного поля происходит в результате взаимодействия этого поля с магнитными моментами макроскопических объемов образца.
Из-за влияния спонтанной намагниченности и размагничивающих полей напряженность Нэф результирующего (эффективного) магнитного поля в образце может сильно отличаться от напряженности H0 постоянного однородного внешнего магнитного поля. Соответственно резонансные частоты зависят не только от H0, но и от формы образца и его ориентации в магнитном поле^Н0. В простейшем случае однородно намагниченного изотропного образца сферической формы, радиус которого мал по сравнению с длиной волны переменного СВЧ поля, резонансная частота равна
_ SV0Veh
уЭФР -----J1--.
где множитель Ланде для электронов g = 2. Если образец имеет доменную структуру, то картина ферромагнитного резонанса осложняется и возможно появление нескольких резонансных частот.
Vl 3.5. ЭФФЕКТ ШТАРКА
817
5. ЭФФЕКТ ШТАРКА В ВОДОРОДОПОДОБНЫХ СИСТЕМАХ
1°. Эффектом Штарка называют расщепление спектральных линий под действием на излучающее вещество внешнего электрического поля. Поскольку даже очень сильные внешние электрические поля слабы по сравнению с внутриатомными, их действие на движение атомных электронов можно рассматривать как небольшое возмущение. Соответственно штарковс-кое расщепление линий очень мало и для наблюдения требует приборов с высокой разрешающей способностью. Линии расщепляются на ряд компонент (сателлитов ).
2°. В водороде и в водородоподобных системах в первом приближении теории возмущений имеет место линейный эффект Штарка, частично снимающий вырождение между уровнями единственного атомного электрона. Расщепление:
q .еЕап
Av1= -Mnl-U2)-
где E — напряженность однородного электрического поля, а0 — боровский радиус, п1 и п2 — так называемые параболические квантовые числа-. H1 = 0, 1, 2, ..., (п - 1); п2 = 0, 1, 2, ..., (п — 1), п — главное квантовое число, причем п = Ti1 + п2 + |m| + 1, т — магнитное квантовое число, так что (H1 + п2) < п — 1.
Наличие линейного эффекта Штарка означает, что система обладает средним дипольным моментом
Pe = I ~ «г)еа0’
вызванным поляризацией ее в электрическом поле.
3°. После частичного снятия вырождения в линейном эффекте Штарка остается вырождение состояний, отличающихся значениями магнитного квантового числа т. Дальнейшее снятие вырождения происходит в эффекте второго приближения — квадратичном эффекте Штарка. В достаточно сильных электрических