оверхаузера эффект

ОВЕРХАУЗЕРА ЭФФЕКТ - увеличение интенсивности ядерного магнитного резонанса и поляризации ядерной магн. системы при насыщении электронного парамагнитного резонанса. О. э. наблюдается в условиях, когда в электронной парамагн. системе существует релаксац. процесс, содержащий в каждом акте связанное однонаправленное изменение ядерных спиновых переменных и определяющий стационарное сосстояние ядерной магн. системы (см. Ориентированные ядра, Парамагнетизм). О. э. предсказан А. Оверхаузером (A. W. Overhauser) в 1953 для взаимодействующих спиновых систем электронов проводимости и ядер в металлах. В том же году О. э. был экспериментально подтверждён Т. Карвером (Th. R. Carver) и Ч. Сликтером (Ch. P. Slichter), впоследствии наблюдался в полупроводниках, жидкостях с парамагн. примесями и твёрдых телах с высокой концентрацией свободных радикалов или парамагн. примесей. О. э. является одним из методов динамич. поляризации ядер. Для его объяснения существенны два явления: зеемановское расщепление магн. уровней (см. Зеемана эффект) ж релаксация - процесс возвращения возбуждённой системы в состояние термодинамич. равновесия.
Магн. моменты микрочастиц могут иметь только определ. ориентации в магн. поле, к-рым соответствуют определ. значения энергии (энергстич. уровни). На рис. изображена структура этих уровней для электронно-ядерной системы с электронным спином S = ¹/₂ и ядерным спином I = ¹/₂. Зеемановское расщепление для электронного спина равно для ядерногоспина где Н - напряжённость внеш. магн. поля, и - магн. моменты электрона и ядра. Поскольку имеем Термодинамически равновесная поляризация электронной и ядерной магн. систем определяется населённостью электронных уровней S_z =¹/₂ и ядерных уровней I_z =¹/₂. Отношение населённостей соответствует распределению Больцмана:

где N_i - населённость уровней, соответствующих рис. Возбуждение переходовS_z - 1,J_z= 0 отвечает ЭПР, а переходовS_z = 0,I_z = 1 - ЯМР. Если приложить к образцу достаточно сильное перем. магн. поле с частотой ЭПР то электронные переходы можно насытить, т. е. выровнять населённости уровней, между к-рыми происходят соответствующие переходы (S_z = 1,I_z = 0), при этом N₁N₃ и N₂N₄. Магн. ВЧ-поле переводит электроны в верх, состояния, а релаксац. процессы стремятся восстановить состояние термодинамич. равновесия. Конкуренция этих процессов определит амплитуду ВЧ-поля, необходимую для насыщения ЭПР. Ответственный за это релаксац. процесс (со скоростью релаксации) не приводит к переориентации ядерных спинов.

Структура зеемановских энергетических уровней электронно-ядерной системы с S = ¹/₂ и I - ¹/₂. Штриховые линни соответствуют различным видам релаксации. Справа в первом столбце - относительные равновесные населённости уровней, N₁/N₄, во втором столбце - те же величины в условиях эффекта Оверхаузера при

Существование флуктуирующего сверхтонкого взаимодействия, связанного либо с движением носителей электронного спина, либо с быстрой переориентацией этого спина в обменном поле, приведёт к появлению др. релаксац. процессов. Контактное фермиевское взаимодействие приводит к релаксац. процессу типаS_z = -1 приI_z = 1, и наоборот (со скоростью релаксации). Флуктуирующее дппольное взаимодействие приведёт к процессу типаS_z = - 1,I_z = -1 (со скоростью релаксации). В ядерной маги, системе существуют релаксац. процессыS_z= 0,I_z= 1 (со скоростью релаксации).
Для О. э. характерно соотношение Осн. процесс, ведущий к изменению населённостей, отвечает переходам между уровнями 4 и 1. При этом, происходят однонаправленные перевороты ядерных спинов, приводящие к след. отношению населённостей: N₁/N₂ = N₃/N₄ = exp(+)/kT. Т. о., поляризация ядер в состоянии термодинамич. равновесия определяется величиной зеемановского расщепления в ядерной магн. системе, а в условиях О. э. - зеемановским расщеплением в электронной системе. При высоких темп-pax, когдаkT, поляризация возрастает в ~ 10³ раз. Неполное насыщение ЭПР и конечные значения величини приводят к ослаблению поляризации ядер при О. э. Приполяризация ядерной магн. системы будет противоположной.
О. э. наряду с др. эффектами динамич. поляризации ядер используют для изучения ядерной магн. системы и получения системы поляризов. ядер.

Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, 2 изд., М., 1972; А брагам А., Ядерный магнетизм, пер. с англ., М., 1903; Джеффрис К., Динамическая ориентация ядер, пер. с англ., М., 1965; Ацаркин В. А., Динамическая поляризация ядер в твёрдых диэлектриках, М., НМО.

В. Л. Тулин.