Спин-фононное взаимодействие. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Спин-фононное взаимодействие - взаимодействие электронных и ядерных спинов атомов твёрдого тела с упругими колебаниями кристаллической решётки. Последним в квантовомеханич. представлении соответствует поле фононов .Колебания решётки, тепловые или вызванные внеш. упругой волной, периодически изменяют расстояния между атомами, что приводит к модуляции как внутрикристаллического поля, так и взаимодействий между спинами электронов и ядер, т. е. к спин-спиновому взаимодействию.

С--ф. в. обусловливает релаксационные процессы, приводящие к установлению теплового равновесия между системой спинов и решёткой,- т. н. спин-решёточную релаксацию (см. Релаксация магнитная ).Оно также оказывает влияние на положение и ширину спиновых уровней, приводя к сдвигу фактора спектроскопич. расщепления и изменению констант тонкого и сверхтонкого спиновых расщеплений. С--ф. в. ответственно за поглощение энергии акустич. колебаний при акустическом парамагнитном резонансе (АПР).

Известно неск. механизмов С--ф. в. Для электронных спинов парамагнитных ионов в т. н. слабоконцентрированных парамагнетиках (напр., примесных парамагн. ионах в диамагн. матрице), где взаимодействием между парамагн. ионами можно пренебречь, наиболее существенным является электрич. механизм, обусловленный модуляцией внутрикристаллич. электрич. поля упругими колебаниями решётки. Осциллирующее поле нарушает орбитальное движение электрона и посредством спин-орбитального взаимодействия вызывает переориентацию спинов парамагн. ионов. Этот процесс связан с т. н. ванфлековским парамагнетизмом, обусловленным деформацией электронной оболочки иона. Механизм Ван Флека характерен для примесных ионов группы Fe и редких земель в диэлектрич. и полупроводниковых кристаллах (напр., Fe²⁺ в А1₂O₃ и MgO; Сr²⁺ в GaAs). С--ф. в. возникает в результате модуляции зеемановской энергии или взаимодействия электронной намагниченности с магн. полем, обусловленным ядерным магнитным моментом (см. Сверхтонкое взаимодействие).

В концентрированных парамагнетиках С--ф. в. может осуществляться за счёт модуляции колебаниями решётки магнитного дипольного или обменного взаимодействий между спинами, поскольку они зависят от расстояний между ионами (механизм Валера). В случае диэлектриков этот механизм может конкурировать с ванфлековским только для ионов с большим магн. моментом.

В магнитоупорядоченных веществах основную роль в С--ф. в. играет модуляция упругими колебаниями решётки обменного взаимодействия между спинами. В свою очередь, коллективные колебания спинов (спиновые волны ),распространяясь по кристаллу, вызывают смещения ионов решётки, что приводит к возникновению связанных т. н. магнитоупругих колебаний. Их интенсивность возрастает при совпадении частот спиновой и упругой волн с одинаковым волновым вектором.

Для атомов, ядра к-рых обладают квадрупольным моментом, существенно С--ф. в., обусловленное связью переменных градиентов внутрикристаллич. поля с квадрупольными моментами ядер. Квадрупольный механизм С--ф. в. присущ диэлектрикам, слаболегированным полупроводникам и ряду металлов.

В проводящих средах (металлах, сильнолегированных полупроводниках) с большой концентрацией электронов проводимости помимо электрич. механизма С--ф. в. существует т. н. механизм Ольфера - Рубина, связанный с возникновением дополнительного переменного магн. поля, обусловленного взаимодействием колебаний решётки с электронами проводимости. При этом переменное магн. поле модулирует дипольное взаимодействие между магнитными моментами ядер. В металлах для ядер с большим квадрупольным моментом преобладающую роль играет квадрупольный механизм С--ф. в., а для ядер с малым квадрупольным моментом могут одновременно участвовать два механизма - квадрупольный и дипольный. С понижением температуры Т от 300 К до 14 К из-за вымораживания носителей вклад дипольного механизма значительно уменьшается. При квадрупольном механизме возможны переходы между спиновыми уровнями с изменением магн. квантового числа на 2, а при дипольном механизме только на 1.

Интенсивность С--ф. в. характеризуется элементами тензора четвёртого ранга, связывающими изменение энергии системы спинов с деформацией решётки. Значения элементов цензора С--ф. в. зависят от конкретных механизмов С--ф. в. и отражают локальную симметрию внутрикристаллич. поля вблизи данного иона. Элементы тензора С--ф. в. могут быть определены экспериментально по сдвигу линии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса, а также под действием одноосного давления; по поглощению энергии при АПР; по акустическому насыщению линий ЭПР и ЯМР; по времени спин-решёточной релаксации. Экспериментальное определение констант С--ф. в. и сопоставление их с теоретич. значениями, соответствующими тем или иным механизмам С--ф. в., позволяют получать информацию о структуре и величине внутрикристаллич. полей и о динамике спин-решёточных взаимодействий.

Литература по спин-фононному взаимодействию

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.