5.3. МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

КЛАССИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ

В середине прошлого века были открыты явления, связанные с поглощением веществом энергии электромагнитных волн (ЭПР, 1944, Россия, г. Казань; ЯМР, 1946, США). Это поглощение носит резонансный характер, т. е. происходит лишь при определенном соотношении между частотой электромагнитной волны и напряженностью постоянного магнитного поля. Явления этого рода получили общее название магнитного резонанса. Магнитный резонанс наблюдается в системах различных частиц: электронов, ядер, атомов, молекул, комплексов.

Для понимания общих свойств этого физического явления рассмотрим элементарный магнитный резонанс, т. е. магнитный резонанс частицы, обладающей магнитным моментом р и моментом импульса J и помещенной во внешнее магнитное поле напряженностью Н0. В первую очередь проведем классическое рассмотрение этого явления.

В магнитном поле Н0 уравнение движения магнитного момента р имеет вид

где Из этого уравнения следует, что магнитный момент р будет прецессировать (совершать круговые вращения) вокруг Н0 с круговой частотой уН0. Это явление (как отмечалось ранее) называется ларморовской прецессией. Теперь приложим перпендикулярно к постоянному полуН0 слабое по сравнению с ним переменное электромагнитное поле #1(|Д'1| <к |Н0|) (рис. 5.9).

Рис. 5.9

Элементарный магнитный резонанс

Допустим, что поле Д(+) поляризовано по кругу, т. е. вектор Нг(+) вращается с круговой частотой сох. Если частота сох сильно отличается от ларморовской частоты соь, то поле Н1 не будет оказывать существенного влияния на прецессию р.

При совпадении частот сох и векторы р(+) и Нг(+) будут

вращаться синхронно. Это значит, что в условиях резонанса (к>х = оц) абсолютная величина дополнительного момента [р//х] будет постоянной и всегда отличной от нуля. Поэтому даже слабое поле Нх может существенно влиять на прецессию, и она расположится в плоскости, ортогональной Н0.

Известно, что в поле Н0 момент |Д имеет наименьшую энергию, если параллелен полю, отклоняясь от такой ориентации под воздействием поля Нх. Этот момент приобретает максимальную энергию, если примет направление, антипараллельное полю Н0, и это сопровождается поглощением энергии высокочастотного поля. Но, казалось бы, как только магнитный момент частицы займет такое положение, поглощение энергии сразу прекратится. На самом деле поглощение энергии высокочастотного поля происходит постоянно, и связано это с тем, что в веществе всегда имеется взаимодействие как между частицами, так и с окружающей средой — решеткой.

Перейдем к квантовому рассмотрению явления.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >