О специфике спин-спиновых взаимодействий

Изучение ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в конденсированных средах привело в середине ХХ столетия к обнаружению спин-спинового взаимодействия, которое распространяет упорядоченную ориентацию собственных моментов количества движения.

ВНИМАНИЕ! Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками (вместо pic), графиками, приложениями, списком литературы и т.д., необходимо скачать работу.

О специфике
спин-спиновых взаимодействий

Валерий Эткин


Изучение
ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в конденсированных средах привело в
середине ХХ столетия к обнаружению спин-спинового взаимодействия, которое
распространяет упорядоченную ориентацию собственных моментов количества
движения одних ядерных частиц на другие, приводя к установлению единой (с
учетом прецессии) их ориентации [1,2]. Опыты, проведенные на ряде конденсированных
веществ (например, на кристаллах фтористого лития LiF) [1], обнаружили
известную самостоятельность спин-спинового взаимодействия. Она проявляется в
сохранении упорядоченности ядерных спинов и величины ядерной намагниченности М
в течение довольно длительного времени после удаления кристалла из сильного
внешнего поля Н, а также в несравненно более быстром установлении взаимной
ориентации ядерных спинов (за время, много меньшее времени
спин-решеточной релаксации). Самым удивительным в этих опытах явилось то, что
пребывание системы в слабом магнитном поле Земли не приводило к существенному
нарушению упорядоченности спиновой системы. При этом взаимная ориентация спинов
сохранялась и после внесения системы в противоположно ориентированное внешнее
поле. Особенно показательными в этом отношении явились весьма сложные и изящные
опыты по «смешению» двух противоположно поляризованных спиновых систем (7Li
и 19F) кристалла LiF [2]. Эти эксперименты подтвердили (с приемлемой
точностью) справедливость закона сохранения момента количества движения при
спин – спиновом взаимодействии. Все это свидетельствовало, казалось бы, о
наличии у конденсированных сред дополнительной степени свободы, связанной с
наличием ядерных спинов и присущим им особым видом взаимодействия. Однако
результаты этих экспериментов были истолкованы как следствие установления
теплового равновесия между подсистемами ядерных спинов, а также между ними и
кристаллической решеткой. При этом спиновым подсистемам была приписана
определенная абсолютная температура Т, принимающая отрицательное значение в
случае инверсной заселенности их энергетических уровней, т.е. для состояний, в
которых преобладающее число «частиц» (ядерных спинов) в противоположность
обычному состоянию находится на наивысшем энергетическом уровне по отношению к
внешнему магнитному полю [1...5]. Поначалу термодинамическая интерпретация
результатов упомянутых экспериментов напоминала «изложение как бы правил игры в
спиновую температуру» [4]. Во всяком случае, понятие спиновой температуры (как
положительной, так и отрицательной) было введено в теорию ядерного магнетизма
без какого-либо доказательства как некое изящное представление, позволяющее
«перекинуть мостик» между ядерным магнетизмом и термодинамикой. Однако по мере
изучения следствий такого представления становилось все более ясным, что
понятие отрицательной абсолютной температуры (лежащей выше уровня Т=∞)
лишено глубокого физического смысла термодинамической температуры и чаще всего
вводит в заблуждение.


Одно из
принципиальных противоречий такой трактовки с термодинамикой состоит в том, что
понятие спиновой температуры не соответствует ее определению в термодинамике
как производной от внутренней энергии системы U по ее энтропии S в условиях
постоянства координат всех видов работ θi (а не только объема
системы V):





T = (dU/dS)θi


(1)


Скачиваний: 1
Просмотров: 0
Скачать реферат Заказать реферат