Акустический парамагнитный резонанс

Акустический парамагнитный резонанс (АПР) обусловлен квантовыми переходами между магнитными уровнями парамагнитных ионов или ядер. Передача энергии от акустической волны к электронным или ядерным спинам происходит посредством периодического изменения расстояния между атомами кристаллической решетки и дальнейшей модуляции внутрикристаллического поля (так называемое спин-фононное взаимодействие). Предсказан С.А.Альтшулером в 1952 году.

АПР позволяет получать важную информацию о микроскопических свойствах вещества. С помощью АПР возможно исследование энергетических спектров ионов и ядер, динамики спиновых систем, микроскопических дефектов кристаллической структуры.

АПР можно рассматривать как акустический аналог электронного парамагнитного резонанса и ядерного магнитного резонанса, дополняющий и расширяющий их спектроскопические возможности. Поскольку длина акустической волны (1–100 мкм в частотном диапазоне 1000–10 МГц) значительно меньше размера образца, то в кристаллах с сильным спин-фононным взаимодействием возможны такие нелинейные эффекты, как самосжатие и прохождение акустических импульсов без затухания (самоиндуцированная прозрачность), преобразование частоты в условиях АПР, что может быть использовано в устройствах обработки информации в акустическом виде.

Теория АПР и динамических акустических спиновых эффектов была развита совместно учеными Казанского университета и Физико-технического института Казанского научного центра Российской Академии наук (С.А.Альтшулер, А.Р.Кессель, У.Х.Копвиллем, Б.И.Кочелаев, В.В.Самарцев).

Систематические экспериментальные исследования АПР начались в Физико-техническом институте Казанского филиала Академии наук СССР в 1961 году под руководством У.Х.Копвиллема. Были теоретически предсказаны и экспериментально обнаружены фононная лавина (С.А.Альтшулер, Б.И.Кочелаев, А.Х.Хасанов), квантование спинов в поле акустической волны (А.Р.Кессель, М.М.Шакирзянов, В.А.Голенищев-Кутузов, В.Ф.Тарасов), акустическое спиновое эхо и самоиндуцированная прозрачность (А.Р.Кессель, Х.Г.Богданова, Б.П.Смоляков, В.Ф.Тарасов).

Обнаружены и исследованы двойные магнитоакустические электронно-ядерные резонансы (В.А.Голенищев-Кутузов, Н.А.Шамуков), определены тензоры спин-фононного взаимодействия в различных классах кристаллов (диэлектрики, полупроводники, магнетики). На основе использования АПР был разработан и внедрен новый способ контроля качества кристаллов, применяемых в лазерной технике (В.А.Голенищев-Кутузов, С.А.Мигачёв).

Кессель А.Р. Ядерный акустический резонанс. М., 1969.

Альтшулер С.А., Козырев Б.М. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп. М., 1972.

Ремптон В., Такер Дж. Гиперзвук в физике твердого тела / пер. с англ. М., 1975.

Магнитная квантовая акустика. М., 1977.

Голенищев-Кутузов В.А., Самарцев В.В., Хабибуллин Б.М. Импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия. М., 1988.

Автор – В.А.Голенищев-Кутузов