Введение к работе
Актуальность темы. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) '
НаХОДИТ ШИрОКОв ПрИМеНЭНШ ДЛЯ ИССЛеДОВаНИЯ раЗЛКЧШХ фИЗНЧЭСКИХ
свойств маїштоупорядочвнкьіх твердих тол. К основным цреимущэст-вам метода следует отнести его высокув чувствительность ісак к структуре атомного упорядочения, так и к упорядочения в пзехгрбн-ной подсистеме. Так, по спектрам ЯМР удается определять скклэтриэ локального окружения для различных ионов в мюгшодрэзэгочшх магнетиках. Анализ спектральных и релаксационных параметров сигналов ЯГгТР позволяет судить, о характере химических связей в твердом теле, определять степень нонности ковалентних связей, исследовать дефектность кристаллической решетки и др. Т^етод ЯМР является одним из основных методоз исследования ^aгEтrпDa микрострук-туры магнетика и используется для определения орнентацш вектора электронной намагниченности относительно іфізлшиїогра^лтзсшш осей в объемных магнетиках. Одно из важных пркмэнешй! метода К? в магнетиках — анализ магнитной №жроструктуры дрмзншх грашц. Традіщиоїшьіе применения метода — контроль качества исследуемых образцов, степени их дефектности и др.
Применение метода .ЯМР в радиоэлектронике состоит в использовании магнитных кристаллов в качестве рабочих материалов для спиновых процессоров, работящих на сигналах ядерного спинового эзо. При этом важными параметрами является моменты появления сигпалоз зхо, временной и частотный диапазоны их формирования. Кроме того, при разработке спин-эхо процессоров важно уметь избавляться от дополнительных сигналов эхо, формирующихся в МОМЭШЫ ВРЭГ.'ЗЕП, отличные от требуемого.
Перечисленные кратко основные области применения Я?.Т в ьаг-нетиках указывают на то, что исследование условий уэрмироваяпл сигналов Я?г!Р и, особенно, сигналов спинового эха представляется важными и актульными, каїс для повьшюния эЗФэктивности и ккфор?.а-тивности метода ЯМР при изучении физических свойств магнягоугоря-дочэнных веществ (ЮТ), так так и для технических приложений, пс-пользугцих сигналы ЯМР.
К моменту начала наше исследований достаточно горело балл щучены физические процессы, приводящие к формированию пмпульешх
откликов ЯМР в MSB, содержащих ядра со спином 1= 1/2. Структура
энергетического спектра таких ядерных спиновых систем позволяет,
:' . используя уравнения Блоха, проанализировать динамику ядерных спи-
-': юв в рамках классической векторной модели.
' : В случае ядерных спиновых систем с I * 1, наличие у ядра
электрического квадрупольного момента приводит к необходимости проводить анализ поведения спиновых систем с позиций квантовой механики, используя формализм матрицы плотности. Несмотря на то, ' "что "общий подход к решению проблемы расчета импульсньЕ откликов ЯМР от квадрупольных ядер был развит еще в 1968 году Соломоном* , ряд вопросов импульсной спектроскопии ЯМР _ квадрупольных ядер, учитыващйх особенности ЯМР в магнетиках, решен не был. . Неэквидистантность энергетического спектра квадрупольного ядра, достаточно оолыше значения констант квадрупольной связи в МУБ (1.8
МГц для ядер Сг в CyCr2Se4) делают актуальной проблему анализа формы и ;«юмэнтов появления сигналов эхо от квадрупольных ядер в случае возбуждения ядерной спиновой системы импульсными радиочастотными (РЧ) полями, сравнимыми по амплитуда с расщеплениями между компонентами тонкой структуры спектра ЯМР. Решение.этой проблемы, ка примере ядра со спином I = 3/2, входило в круг задач настоящей диссертационной работы.
В МУВ запись спектров ЯМР обычно осуществляется путем регистрации частотной зависимости амплитуда сигнала эха. Двд ядер с 1= 1/2 возможно появление лишь одного сигнала эха в момент времени t= і (время t отсчитывается с момента окончания действия второго импульса, т — временной интервал между импульсами). В случае селективного возбуждения квадрупольной спиновой системы, помимо основного сигнала эха в момент времени^ ~, ожидается появление дополнительных сигналов эхо. Исследования частотных зависимостей амплитуд дополнительных (и основного) сигналов эхо при различных параметрах возбуждавдих импульссв представляется актуальным с точки зрения выявления оптимальных параметров импульсов, при которых возможно разделение магнитных и электрических сверхтонких взаимодействий (СТВ) в спектрах.ЯМР. Разработка методик разделения магнитных и а-ектрических СТВ в спектрах. ЯМР позволила
"'Solomon Т. Phys.Rev. - 1958. - Vol.110, .4- І. - P.61 - 65.
бы сущсстЕЭшю поеысить ш-Зоративнссть метода ИЗ5 при изучении магапоупорядочэккых твердых таї. Изучение этой проблемы такта входило в круг задач, решаемых в данной работе.
В отличие от ядзр со спином I = 1/2, неоднородное ушкреннэ спектра ЯМ? КЕадруполькых ядер в І.С/В обусловлено разбросом как магнитных, так и электрических СТЗ. До настопщего времени при расчета?, импульсн1.:? откликов ЯМР от кгадруполькых ядзр предполагалось, что эти два механизг/л неоднородного уэпрэняя является полностью независимыми друг от друга. Такая упрошенная модель кэ-одкородкого уширения ке соответствует действительности и не позволяет объяснить многие экспериментально наблвдаемые ососекностії формкрованзїя импульсных откликов ЯМР от квадрупольшх ядер (например, множественную структуру сигналов эхо от ядер с I = 3/2). Одной из задач, которая решается з данной работе, является исследование условий формирования спиновых эхо в случае взаимосвязи магнитного и электрического неоднородных уппренпй спектра STP.
Решение перечисленных выше проблем и составляет цель настоящей диссертационной работы.
111 работа — исследование условий формирования сигналов ядерного спинового эхо в магаигоугорядоченных веществах при наличии магнитных и квадрупольных гэлектрнческих сверхтонких взаімо-действий.
Научная новизна. На основании результатов численного анализа зависимостей амплитуд сигналоз двухимпулъсных эхо от квадруполь-кых ядер со спином I = 3/2 в КУБ получено, что
- максимум амплитуды сигнала трехквантового спинового эха в
момент времени t = Зт достигается на частоте шгкитного сверхтон
кого перехода. При этом площади первого и второго возбуждзхЕих
импульсов равны ,1.2га и О.бп, соответственно. Дга амплитуды дейст—
вунщего непосредственно на ядра F4 поля с^ и величины квадрупэль-
НОГО ВЗаИМОДеЙСТВИЯ Сі>_ ДОЛЖНО ВЫПОЛНЯТЬСЯ ССОТНОШеКИЭ 0)./<*>,.
1.75. Полученные результаты позволяет определять величин? эффективного (с учетом п"чзффкцнэкта усиления) лоїсального переменного магнитного поля, дэйствунцего на квадрупольныэ ядра в МУВ по известной величине КЕадрупольного взаимодействия;
- при амплитудах и длительностях возбуздалшх импульсов, со-
отЕатствущих оптимальному возбуждении сигнала эха з момент вре-
ьекн t = Зг сигналы эхо в момент вреизни t = т наблдащхгся только ш частотах, соответствуЕцих квадруполькь&д сателлитам. На. частотах, СООТВеТСТВУШЦНХ МаГНШЯЫМ СВерХТОНККМ ПЭреХОДаМ;ЭХО В MOf/ЄКТ
времени t = т отсутствует. На основании получашьЕ результатов предложена говая методика разделения шгкнгяьк и элбктричэсюя: квадрупольных взашодействий в спектрах дзухимпулъсных спиноеых эхо от квадругольшх ядер в МУВ.
Для интерпретации экспериментально тблщдаэюй множественной структуры сигнала двухимтульского эха в магнитных полупроводниках на основе халькогекидных шпинелей хрома цредаожвн физический т-ханизм, приводящий к взаимной вавксидасти магнитного и квадру-польнэго неоднородных уширений спеїсгральной линии ЯМР в МУВ. Показано, что в случае взаимосвязанных неоднородных уширений сипали спинового эхо от ядер со спином 1= 3/2 могут наблщдаться как в ьюданты времени t> Зт, так и в цементы времени, не целократные т.
Проведен анализ условій формирования юогокомпонэтной структуры импульсных откликов ЯМР от ядэр БЗСг (спин I = 3/2) в ферромагнитных голупроЕодниках на основе халькогенидных шпинелей хрома и показано, что формирование одно- и многоквантовых сигналов эхо ' в сигнале ядерной индукции, возкиканцем посла одиночного возбуждающего импульса;, обусловлено фазовыми искажениями фронтов импульса при нэоднородкш возбуждении спектральной линии.
Практическая ценность. Разработана методика, позводящая ю-. еысить разрешение спектров HTvtP от квадруполькых ядер в магнетиках, разделять спектральныэ лшш, _ обусловленные шгниткыш и ачектрическими квадрупольными сверхтонкими взапюдзйстаияш. Предложен новый сіюсоб определения величины локального nepetvBHKo-го магнитного поля, деЯствущэго на ісвадрупольше ядаа в мапютк-ках. Анализ ьюмэнтоз формирования откликов множественной струггу-ры сигнала эха от квадрупольных ядер позволяет получать дополнительную информации о характере н шханизшх нбоднородкого ушире-ішя спектральной линии. Проведенные в работе исследования условий формирования мтітасмюнантной структуры сигнала эха позволяет . существенно улучшить разделение, сигналов эхо от различных групп ядер в кегЕэтиках. Полученные в работе результаты шгут быть использованы при ашлиза условий формирования сигналов эхо в им-пульснза сшктроскопиЕ ЭПР, в оптической эхо-спектроскопии и т.п.
Ha a"Fnrv внносятся схэдухщиэ полгавши.
-
Новые лэгодакн разделения когтжш. и КБадрупслъныж сверхтонких Еза».с,фй?ГЕз з спектрах ЯКР от квадруполызьк ядер со СШ5ВОМ I = 3/2.
-
Результаты анализа особенностей формирования многоквантовых сигналов эхо от квадрупольных ядер со спином I =3/2 в МУВ.
-
Теоретические и экспериментальные результаты исследования влияеи характера неоднородного уширзния спектральной линии квадрупольных спиновых систем на МгХЖественнуэ структуру сигнала дзухимпульсного эха в магнетиках..
-
Результаты анализа условий Формирования многокомпонентной структуры импульсных откликов ЯМР в магнетиках при искажениях фронтов возбуждающих импульсов.
Апробацій. работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Всесоюзной иколе-семннаре "Новые магнитные материалы міпфозлбктронихип (Рига, 1986 ), ХУІІІ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Калинин, IS89), Всесоюзном симпозиуме по световому эхо (Куйбышев, 1989), Всесоюзном семинаре по спиновым волнам (Ленинград, 1990), П Всесоюзной школе по магннтно:.7 резонансу fАлушта, 1939), Семинаре по мапотгоиикрозлектроіїикв (Симферополь, 1991), Семинарах по спиновому эхо (Симферополь. IS3S, ІЯ88)»
Публикации и вклад автора. По матеріалам диссертации опубликовано II работ.и получено одно авторскоа сбидєтєльстбо. В работах,- выполненных в соавторстве соискатель принимал участие в постановке задач, проводил расчеты, обсуддад полученные результата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заюгочения. Изложена на 124 стр. шшинслисного текста, включает 21 рисунок, 4 таблицы н список литературы из S3 наименований.
