Поляризация спинов

Поляризация спинов играет важную роль во многих физических явлениях. В частности, дипольная поляризация спинов электронов (ориентация относительно постоянного магнитного поля) определяет интенсивность сигналов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), дипольная поляризация спинов ядер– интенсивность сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Взаимное выстраивание спинов оказывает большое влияние на форму спектров ЭПР и ЯМР. В парамагнитном веществе, помещенном в постоянное магнитное поле, например, со значением индукции 100 милли Тесла, равновесная дипольная поляризация спинов для электронных и ядерных спинов при комнатных температурах составляет величину соответствующего порядка 10³ и 10⁶. При полном выстраивании спинов относительно внешнего магнитного поля поляризация спинов равняется единице и интенсивность сигналов ЭПР и ЯМР (чувствительность) увеличивается соответственно в 10³ и 10⁶ раз.

Для реализации резерва повышения чувствительности методов ЭПР и ЯМР применяют разные способы поляризации спинов: оптическая поляризация спинов, динамическая поляризация ядерных спинов по эффекту Оверхаузера (ДПЯ), химическая поляризация электронных (ХПЭ) и ядерных (ХПЯ) спинов и другие (например, максимальная поляризация спинов представляют мюоны, которые образуются в ходе ядерных реакций).

В Татарстане исследования поляризации спинов были начаты в конце 1960-х гг. в институтах Казанского филиала Академии наук СССР: в Физико-техническом институте достигнут максимальный эффект ДПЯ на этиленгликолевых комплексах хромила (Б.М.Козырев, Н.С.Гарифьянов, В.Н. Федотов), в институте органической и физической химии были осуществлены первые эксперименты по ХПЯ фосфора (А.В.Ильясов, Я.А.Левин, Э.И.Гольдфарб, Д.Г.Победимский, Ю.Ю.Самитов).

Работы по ХПЭ и ХПЯ проводятся в Физико-техническом институте Казанского научного центра Российской академии наук: теоретически предсказана и впервые экспериментально подтверждена поляризация электронных спинов, обусловленная спин-зависимой взаимной аннигиляцией триплетных возбужденных молекул; проведены исследования мюонного спинового эха, которые используются для определения структуры и молекулярной динамики конденсированных сред (С.А.Моисеев, Н.М.Сулейманов и др.).

Изучение поляризации спинов электронов связано с развитием нового направления в современной электронике – спинтроники. Работа приборов в области спинтроники определяется переносом спиновой поляризации, в то время как работа электронных приборов – переносом заряда электронов.

Исследования многослойных структур из ферромагнетиков, сверхпроводников, антиферромагнетиков, которые могут найти применение в спинтронике, проводятся в Физико-техническом институте Казанского научного центра Российской академии наук (И.А.Гарифуллин) и Казанском федеральном университете (Л.Р.Тагиров).

Федотов В.Н. Эффект Оверхаузера в жидких растворах комплексных соединений Cr5+ и Mo5+ // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1967. Том 53.

Динамическая поляризация ядер P31, индуцированная химическими реакциями // Известия Академии наук СССР. Серия химия. 1970. № 7.

Моисеев С.А., Сулейманов Н.М. Мюонное спиновое эхо // Письма в журнале экспериментальной и теоретической физики. 1996. Том 64.

Эффект близости в системе Fe-Cr-V-Cr-Fe // Письма в журнале экспериментальной и теоретической физики. 2004. Том 80.

Spin Polarization and Magnetic Effects in Radical Reactions. Amsterdam, 1984.

Salikhov K.M. Mechanism of the Excited Triplet States Electron Spin Polarization caused by the mutual annihilation of triplet states // Applied Magnetic Resonance. 2004. Том 26.

Автор – К.М.Салихов