Akustik paramanyetik rezonans - Acoustic paramagnetic resonance

Akustik paramanyetik rezonans (Nisan) harici bir yere yerleştirilmiş manyetik parçacıklar sistemi tarafından rezonant ses emilimi olgusudur. manyetik alan. Ses dalgasının enerjisi ortaya çıktığında ortaya çıkar. kuantum Parçacıkların enerji seviyelerinin bölünmesine eşit hale gelir, bölünme manyetik alan tarafından indüklenir. APR bir varyasyonudur elektron paramanyetik rezonans (EPR) elektromanyetik dalgalardan ziyade akustik dalgaların incelenen örnek tarafından emildiği yer. APR, teorik olarak 1952'de bağımsız olarak Semen Altshuler ve Alfred Kastler,[1][2] W.G. Proctor ve W.H. Tanttila tarafından 1955 yılında deneysel olarak gözlemlenmiştir.[3][4]

Tarih

EPR'nin 1944'te keşfedilmesinden sonra, Evgeny Zavoisky rezonans fenomeninin radyo veya mikrodalga emilimi ile sınırlandırılmaması gerektiğini, ancak ses dalgalarına genişletilebileceğini öngördü. Bu fikir teorik olarak 1952'de ortağı Semen Altshuler tarafından ve bağımsız olarak Alfred Kastler tarafından geliştirildi; Altshuler elektron dönüşleri üzerindeki etkiyi bildirirken Kastler bir nükleer spin sistemi hesapladı. APR'nin ilk deneysel tespiti 1955'te 35Tek kristallerde Cl çekirdekleri Sodyum klorat. Bu nükleer-APR çalışması 1959'da elektron-APR'ye genişletildi.[5] APR'nin diğer uygulamaları nükleer kutuplaşma ve akustik ustalar daha sonra Kastler tarafından önerildi ve Charles Townes.[4]

Mekanizma

EPR splitting.svg

APR etkisi EPR'ye çok benzer: her elektron veya çekirdek, ister serbest ister katı olsun, bir manyetik moment ve onunla ilişkili çevirmek. Döndürme tam sayı veya yarım tam sayı değerleri alabilir, ör. 1/2, 1, 3/2 vb. Ve ilgili manyetik bileşenler ms = ± 1/2, ± 1, ± 3/2, vb. Burada artı ve eksi spin değerlerinin seviyeleri dejenere, yani eşit enerjilere sahiptir. Harici manyetik alanın uygulanması üzerine, bu dönüşler alan boyunca veya ona ters olarak hizalanır; Enerji diyagramı açısından, enerji seviyeleri şekilde gösterildiği gibi bölünür. Belirli bir kuantum enerjisi E'ye sahip bir ses dalgası, bu spin sistemini belirli bir manyetik alan değerinde ışınlarsa, E manyetik bölme ΔE'ye eşit olduğunda, sesin rezonant absorpsiyonu, yani APR etkisi gerçekleşir.[4]

Hem EPR hem de APR'de, emilen enerji spin-fonon gevşemesi yoluyla kafese aktarılır. Bununla birlikte, EPR'de bu işlem ikinci dereceden iken ve bu nedenle iki fonon içerirken, gevşetme APR'de yalnızca bir fonon alır ve bu nedenle çok daha hızlıdır. Bu, rezonansın çizgi şeklini ve sıcaklık bağımlılığını etkiler ve EPR ve APR'de spin-kafes gevşemesinin farklı şekilde incelenmesine izin verir.[4]

Deneysel kurulum

APR, genellikle 100 MHz - 100 GHz düzeyindeki yüksek ses frekanslarında darbeli eko tekniği kullanılarak ölçülür. İncelenen bir kristalin iki zıt tarafı ayna ile parlatılır ve birbirine paralel yapılır ve bir tarafa bir piezoelektrik kristal eklenir. Düz kenarlar arasında çok sayıda zıplamadan sonra algılanan bir ultrason dalgası üretir ve sinyal zayıflaması, rezonant emiliminin ölçüsü olarak işlev görür. Kristal, uygulanan frekansa karşılık gelen statik alan sağlayabilen mıknatısın içinde bulunur. 1/2 spinli bir elektron ve enerji seviyelerinin bölme faktörü (sözde spektroskopik bölme faktörü g) g = 2 için gerekli alan 100 MHz - 100 GHz frekansları için 33–33000 Gauss'tur.[6]

Referanslar

  1. ^ Boris I. Kochelaev (1995). Paramanyetik rezonansın başlangıcı. Dünya Bilimsel. s. 100. ISBN  981-02-2114-2.
  2. ^ SA Altshuler (1952). Sovyet Fiziği Doklady (Rusça). 85: 1235.CS1 Maint: Başlıksız süreli yayın (bağlantı)
  3. ^ Proctor, W .; Tanttila, W. (1955). "Ultrasonik Uyarma ile Nükleer Elektrik Kuadropol Enerji Seviyelerinin Doygunluğu". Fiziksel İnceleme. 98 (6): 1854. Bibcode:1955PhRv ... 98Q1854P. doi:10.1103 / PhysRev.98.1854.
  4. ^ a b c d S. A. Altshuler; B. I. Kochelaev; A. M. Leushin (1961). "Sesin paramanyetik soğurulması". Sovyet Fiziği Uspekhi (Rusça). 75 (3): 459.
  5. ^ Jacobsen, E .; Shiren, N .; Tucker, E. (1959). "9.2-kMc / sn Ultrasoniğin Kuvarsdaki Elektron Spin Rezonansları Üzerindeki Etkileri". Fiziksel İnceleme Mektupları. 3 (2): 81. Bibcode:1959PhRvL ... 3 ... 81J. doi:10.1103 / PhysRevLett.3.81.
  6. ^ Акустический парамагнитный резонанс (Rusça)