Введение к работе
Актуальность проблемы. Мессбаувровская, или ядерная гамма-резонансная, спектроскопия является наиболее информативным методе*! изучения микроструктуры твердых тел- Эта уникальная ее особенность еще больше утвердилась после того, как была освоена ( дополнительно к традиционной, спектральной , методике ) техника временных измерений. Такие измерения оказались весьма плодотворными при ' решении ряда задач : например, изучение пост-эффектов радиационного распада ядер в кристалле , изучение последствий коллективного характера возбуждения ядер,исследование параметров сверхтонкого взаимодействия для неэквивалентных позиций атомов в решетке ( используя рассеяние синхротронного излучения (СИ) на мессбауэровских ядрах ).
Новые потенциальные возможности ядерного гамма резонанса (ЯГР) связаны с появлением модуляционной мессбауэровекой спектроскопии.(ММС);в данном случае речь идет об измерениях ( спектральных и временных ) в режиме возмущения внешними переменными полями источника или поглотителя (рассеивателя) мессбауэровского излучения. Начиная с пионерских работ Болефа.Хаха и Хамермеша по сегодняшний день это направление ЯГР остается актуальным. На его развитие значительное влияние оказали идеи и методы комбинированных резонансов, модуляционных и переходных явлений, известные в области магнитного резонанса и оптики. Так, на начальном этапе предметом исследования стали такие явления, как ультразвуковая (УЗ) и р.ч. модуляция ЯГР спектров , аффекты типа Аутлера-Таунса в спектрах ЯГР, а также поляризационные эффекты, имеющие аналоги в других разделах спектроскопии.Но здесь же наметилась специфика ЯГР и.тех объектов, исследование которых методами ММС представляет наибольший интерес. Как в случае УЗ, так и р.ч. поля модуляционные эффекты,проявляемые на мессбауэровских спектрах, качественно меняются 1в зависимости от амплитуда возмущений, от исходного состояния образцов. Это объясняется тем,что в случае ЯГР внешние возмущения обычно "доходят" до ядра в сильно видоизмененном ( определяемом свойствами среды) виде. Например, в случае магнитных образцов
р.ч. поле модулирует в первую очередь электронную магнитную систему, которая благодаря сверхтонкому взаимодействию оказывает влияние на ядерный спин.Это обстоятельство порождает ряд задач, касающихся механизмов преобразования внешних р.ч. полей в эффективное поле на ядре или в УЗ колебания в кристалле. Характер этой трансформации еще более усложняется при учете магнитного состояния (фазы,доменной структуры,,дисперсности) реальных магнетиков.Однако,как бы велико ни было многообразие модуляционных процессов, возникающих в магнетиках ( в общем случае.твердых телах),все они в одинаковой мере доступны измерению методом ЯГР. С другой стороны, как показано и данной диссертации , по зиду ЯГР спектров однозначно мояшо утверздать о характере временного поведения ( регулярное или хаотическое) микронамагниченности или спина парамагнитного иона. На этих положениях основана уникальная возможность ММС - способность временного разрешения процессов, происходящих в магнетиках на микроуровне под влиянием внешних полей. При этом часто предметом исследования становятся процессы диссипации (релаксация электронного епи- на,рассеяние звуковых волн ), нарушающие ожидаемые эффекты модуляции, или ке последствия хаотического движения намагниченности, возникающего под злиянием кргерентного возмущения.
Из вышеизлокенного очевидна актуальность разработки теоретических моделей,описывающих возможные механизмы модуляции ЯГР спектров магнитных материалов (включая и і^аіже специфические случаи, как р.ч. коллапс их магнитной структуры и явление стохастизацли эффективного поля на ядрн ). Добавим, что несмотря на обилие экспериментов в єтой области, характер и объем информации, получаемой из них, далеко не исчерпывают возможности ММС. Более того,ряд результатов просто не- получили должного объяснения. Развитие теории дает в этих условиях не только дополнительные степени свободы в интерпретации имеющихся экспериментов, но и определяет целенаправленность ЯГР исследований высокочастотных свойств магнетиков в целом.
Долгое время объектом исследований методом ЯГР является суперпарамагнетизм - свойство некоторых мелкодисперсных
магнетикоз в зависимости от степени дисперсности или от интенсивности хаотического движения намагниченности частиц ( температуры ) проявлять свойства , типичные для парамагнетиков. В ряду модуляционных явлений в магнитных системах поведение еуперпарамагнетиков г- переменном поле занимает особое место. Здесь мы имеем качественно новую задачу : влияние когерентного сигнала на изначально стохастическую систему ( в отличие от задач, где выясняются последствия возмущения системы, совершающей регулярное движение ).
Если рассматривать супёрпьрамагнитные частицы с одноос-осной магнитной анизотропией в р.ч.поле, мы имеем модулированную бистао'ильную стохастическую систему, и ее поведение сводится к задаче о стохастическом резонансе,- явлении, имеющем место в общем случае з макроскспичеоізіх бистаб:»льїшх системах, подверженных действию случайных и регулярных сил.
Разработка этой ідей применительно it суперпарамагнетикам представляется актуальной не только с точки зрения фундаментальных знаний, но и по соображениям прикладного характера: речь вдет об аффектах в мелкодисперсных магнетиках в рекиме наиболее оптимального взаимовлияния шума и вводимого извне -сигнала.
Актуальным аспектом теории ЮС является также выбор единой общефизической концепции, которая бы объединяла, казалось бы , различные ( например, резонансные и нерезонансные по р.ч, полю) задачи в етой области.
Сформулируем более конкретно цель исследований, составляющих содержание диссертации:
-Развитие теории ЫМС для парамагнитных систем на основе влектронно-ядерного предстгвлеотя с полным анализом эффектов сверхтонкого взаимодействия и электронной релаксации. -Исследование эффектов модуляции магнитного сверхтонкого взаимодействия (МСТВ) в ЯГР спектрах магнитоупсрядоченных веществ в нерезонансном ( по чайтоте модуляции ) режиме. Выяснение эффективности временных методов измерения для изучения динамики намагниченности.
-Разработка теории резонансного рассеяния гамма-КЕантов и импульсов СИ в рекиме модуляции эффективного поля на яд-
pax мессбауэровских атомов.
-Разработка теории и методов расчета ЯГР спектров для случая произвольных периодических и стохастически периодических полей на ядрах. Шенно такие типы полей возникают в режиме перемагничивания анизотропных магнетиков.
-Развитие теории УЗ модуляции ЯГР спектров с учетом трансформации ( рассеяния ) звука в образце, возбуждаемого посредством пьезокварца или благодаря магнитострикции.
-Разработка теории модуляционных явлений в стохастической магнитной системе ( на примере ансамбля невзаимодействующих одноосных суперпарамагнитных частиц в р.ч. поле ).
-Развитие . единого теоретического подхода к задачам ММС, используя метод супероператоров, и концепцию квазивнергии.
Структура и объем диссертации: