спиновая диффузия

СПИНОВАЯ ДИФФУЗИЯ - процесс пространственного выравнивания неоднородной спиновой поляризации в системе локализов. магн. моментов. В отличие от обычной диффузии, связанной с массопереносом, при С. д. распространяется лишь спиновое возбуждение, тогда как сами носители спиновых моментов (парамагн. ионы, радикалы, атомные ядра) не перемещаются.

При помещении парамагн. вещества, содержащего частицы с нескомпенсиров. спином S, во внеш. магн. поле Н возникает отличная от нуля спиновая поляризация , где - ср. значение проекции спинов Sz на направление поля (ось Z). В условиях термодинамич. равновесия при темп-ре Т₀ поляризация определяется Волъцмана распределением парамагн. частиц по энергетич. уровням, возникающим вследствие квантования S_z (см. Зеемана эффект). В простейшем случае S = 1/2 возможны всего две ориентации спина: вдоль и против поля Н; при этом , где - магнитомеханическое отношение .При нарушении равновесия между спиновой системой и «решёткой» (термостатом) величина Р определяется спиновой температурой. Процессы С. д. возникают в тех случаях, когда пространственное распределение величины Р оказывается неоднородным, т. е. grad. Передача избытка поляризации между соседними парамагн. частицами происходит в направлении выравнивания Т_S за счёт магн. диполъ-диполъного взаимодействия или спин-спинового обменного взаимодействия. Элементарный акт этого процесса состоит в одноврем. изменении ориентации спинов двух частиц в противоположных направлениях при сохранении их суммарной проекции S_z и суммарной магн. энергии в поле Н. Такой акт носит резонансный характер и эффективен лишь при близости частот магн. резонанса взаимодействующих частиц.

Усреднённое макроскопич. описание этого процесса в ряде простейших случаев приводит к обычному ур-нию диффузии для величины P(r, t), где r - пространственная координата, t - время.

Роль С. д. наиб. существенна в ядерных спиновых системах твёрдых тел, где она обычно определяется магн. диполь-дипольным взаимодействием между соседними ядрами. В этом случае коэф. С. д. , где а - расстояние между ближайшими ядерными спинами. С. д. значительно ускоряет процессы спин-решёточной релаксации и динамич. поляризации ядер, обеспечивая перенос неравновесной спиновой поляризации к примесным парамагн. центрам, осуществляющим передачу энергии ядерных спинов в решётку (см. Релаксация магнитная, Оверхаузера эффект).

В магниторазбавленных электронных парамагнетиках С. д. осложнена нерегулярным расположением примесных парамагн. центров и значительным неоднородным уширением линий электронного парамагнитного резонанса. В таких системах С. д. может сопровождаться т. н. спектральной диффузией - распространением спинового возбуждения по спектру магн. резонанса.

Явления, сходные со С. д., характерны также для миграции оптич. возбуждения в люминесцентных средах, в частности в активных материалах лазеров.

Лит.: Хуцишвили Г. Р., Спиновая диффузия, «УФН», 1965, т. 87, с. 211; 1968, т. 96, с. 441; Ацаркин В. А., Динамическая поляризация ядер в твердых диэлектриках, М., 1980; А б р а г а м А., Ядерный магнетизм, пер. с англ., М., 1963; Александров И. В., Теория магнитной релаксации. Релаксация в жидкостях и твердых неметаллических парамагнетиках, М., 1975. В. А. Ацаркип.

С. д. в магнитоупорядоченных веществах, теоретически рассмотренная Л. Ван Ховом (L. Van Hove, 1954) и П. Ж. де Женом (P. G. de Gennes, 1958) и наблюдавшаяся экспериментально с помощью магн. рассеяния нейтронов, является, как и в парамагнетиках, одним из механизмов, определяющих динамику спиновой плотности S(r,t) или намагниченности M(r,t).

В отличие от парамагнетиков, в магнитоупорядоченных веществах значение энергии обменного взаимодействия значительно больше энергии зеемановского взаимодействия. Поэтому неоднородное и неравновесное распределение намагниченности вызывается главным образом не внеш. полем, а коррелированными спиновыми флуктуациями.

Ниже критич. темп-ры Т_с (напр., Кюри точка для ферромагнетика или Нееля точки для антиферромагнетика) динамика намагниченности носит преимущественно не диффузионный, а волновой характер (см. Спиновые волны ).Однако в условиях сильного затухания и малого времени жизни магнонов (Т близко к Т_с)волновая динамика намагниченности сменяется диффузионной, что проявляется, в частности, в виде т. н. центрального (квазиупругого) пика в сечении критич. магн. рассеяния нейтронов. Выше критич. темп-ры Т_с С. д. становится основным механизмом пространственного выравнивания неоднородной намагниченности. Особенности С. д. в парамагнитной области (Т > Т_с)магнитоупорядоченных веществ по сравнению со С. д. в обычных парамагнетиках проявляется в критическом замедлении (аномальное возрастание вблизи Т_свремён магнитной релаксации). Аналогичными свойствами обладают и др. кинетич. и резонансные характеристики (напр., затухание ультразвука в магнетиках, ширина линии ЭПР и др.).

Лит.: Форстер Д., Гидродинамические флуктуации, нарушенная симметрия и корреляционные функции, пер. с англ., М., 1980. Ю. Г. Рудой.

   <<      Предметный указатель      >>