сула - накамуры взаимодействие

СУЛА - НАКАМУРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - косвенное обменное взаимодействие между ядерными спинами в маг-нитоупорядоченных магнетиках, осуществляемое через спины электронов незаполненных внутр. оболочек магн. атомов (ионов). Для ферромагнетиков было впервые рассмотрено X. Сулом [1], для антиферромагнетиков - А. Накамурой [2 ]. Механизм такого взаимодействия обусловлен тем, что в результате сверхтонкого взаимодействия ядерный спин вызывает поляризацию поперечной компоненты суммарного спина незаполненной внутр. электронной оболочки атома S, к-рую посредством сверхтонкого взаимодействия "чувствует" другой ядерный спин. При низких темп-pax С.- Н. в. можно рассматривать как обмен спиновыми волнами между ядрами разл. атомов (испускание электронной спиновой волны одним ядром и её поглощение другим ядром). Гамильтониан косвенного С.- Н. в. для ферромагнетиков может быть записан в виде [3,4]:

где

-параметр косвенного взаимодействия, зависящий от расстояния R_f - R_g между ядерными спинами I_f и I_g; w_k - энергия спиновой волны с квазиимпульсом k; N-число атомов; А-постоянная сверхтонкого взаимодействия; , где I^x_f и I^y_f - поперечные компоненты ядерного спина. Наряду с взаимодействием (1) в магнетиках имеется и взаимодействие между продольными компонентами ядерных спинов I^z_f. Однако при темп-pax, не очень близких к темп-ре фазового перехода (темп-ре Кюри для ферромагнетиков и темп-ре Нееля для антиферромагнетиков), такое взаимодействие существенно слабее взаимодействия (1). С.- Н. в. (1) зависит от направления оси z (оси ферро- или антиферромагнетизма) и, следовательно, анизотропно. Эта особенность отличает его от изотропного косвенного обменного взаимодействия между ядерными спинами, осуществляемого через электроны проводимости (подобно РККИ-обменному взаимодействию). Т. к. взаимодействие (1) обладает достаточно большим радиусом [3 ], то благодаря ему появляется корреляция в движении ядерных спинов и может появиться упорядочение ядерных спинов, т. н. я д е р н ы е с п и н о в ы е в о л н ы.

С.- Н. в. даёт вклад в ширину линии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и влияет на поперечную релаксацию системы ядерных спинов (см. Релаксация магнитная ).В теории ЯМР взаимодействие между ядерными спинами можно учесть, воспользовавшись методом моментов [5]. Учёт взаимодействия (1) приводит к отличному от нуля второму моменту линии ЯМР для ферро- и антиферромагнетиков и даёт вклад в ширину линии ЯМР. При достаточно большой концентрации магнитоактивных ядер этот механизм уширения может быть основным.

Корреляция в движении ядерных спинов приводит к сдвигу частоты ЯМР, пропорциональному ср. ядерной намагниченности. Величина этого сдвига растёт с понижением темп-ры как Т_яд^-1, где Т_яд - темп-pa системы ядерных спинов [6].

Эксперим. наблюдение ядерных спиновых волн впервые было проведено для слабоанизотропного кубич. антиферромагнетика RbMnF₃ [7]. Наблюдался также и обратный эффект сдвига частоты электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), обусловленный пропорциональным ср. ядерной намагниченности эффективным полем, действующим на электронные спины со стороны ядерных [8 ]. Указанные низкотемпературные сдвиги частот особенно существенны в антиферромагнетиках с анизотропией типа "лёгкая плоскость" (MnCO₃, CrMnF₃), а также в кубич. слабоанизотропных антиферромагнетиках (RbMnF₃, KMnF₃). В них при темп-pax вблизи 1 К наблюдается очень сильная связь колебаний ядерных и электронных спинов, что приводит к необходимости рассматривать единые колебания электронно-ядерной системы в целом. Учёт таких колебаний позволяет объяснить ряд нелинейных эффектов, возникающих в ЯМР и ЭПР [8 ].

Лит,: 1) Suhl H., Effective nuclear spin interactions in ferromag-nets, "Phys. Rev.", 1958, v. 109, № 2, p. 606; 2) Nakamura A., Indirect coupling of nuclear spins in antiferromagnet with particular reference to MnF₂ at very low temperature, "Progr. Theor. Phys.", 1958, v. 20, № 2, p. 542; 3) Туров Е. А., Петров М. П., Ядерный магнитный резонанс в ферро- и антиферромагнетиках, М., 1969; 4) Куркин М. И., Туров Е. А., ЯМР в магнито-упорядоченных веществах и его применения, М., 1990; 5) Van Vleck J. H., The dipolar broadening of magnetic resonance lines in crystals, "Phys. Rev.", 1948, v. 74, № 8, p. 1168; 6) Gennes P. G. [a. o.], Nuclear magnetic resonance modes in magnetic material. I. Theory., "Phys. Rev.", 1963, v. 129, №3, р 1105; 7) Hinderks L. W., Richards P. M., Excitation of nuclear and electronic spin waves in RbMnF₂, "J. Appl. Phys.", 1968, v. 39, № 2, p. 824; 8) Heeger A. J. [a. o.], Double resonance and nuclear cooling in antiferromagnetic, "Phys. Rev. Lett.", 1961, v. 7, № 8, p. 307.

А. В. Ведяев, О. А. Котельникова.

   <<      Предметный указатель      >>