ГЛАВА IX. ТЕПЛОВАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

В настоящей главе мы продолжим обсуждение механизмов ядерной релаксации в твердых телах. Эта задача по существу аналогична той, с которой мы сталкиваемся в случае жидкостей и газов, и заключается в вычислении вероятности переворачивания ядерного спина, обусловленного его взаимодействием с тепловым движением «решетки». Так же, как и в случае жидких образцов, можно считать, что такое переворачивание возникает благодаря взаимодействию рассматриваемого ядерного спина с флуктуирующим магнитным полем или флуктуирующим градиентом электрического поля. Для некоторых типов внутренних движений в твердых телах (таких, как трансляционная диффузия атомов или заторможенное вращение молекул) могут быть использованы с очень небольшим изменением те же способы описания, что и для жидкостей. Однако твердым телам присущи свои специфические особенности.

Внутренние движения в твердых телах часто имеют много меньшую амплитуду и (или) много большие времена корреляции, чем в жидкости. Это заметно сказывается на значениях времен релаксации. Для твердых тел иногда можно построить относительно простые квантовомеханические модели «решетки» и полностью выполнить вычисление времен релаксации, используя квантовомеханический подход, который в случае жидкости носит несколько более формальный характер. Этот подход становится необходимым при очень низких температурах, когда возбуждено лишь небольшое число степеней свободы «решетки».

Для ядер со спинами, большими существование квадрупольных взаимодействий с ядерным окружением, которое (благодаря кристаллической структуре или внутрикристаллическим дефектам) имеет симметрию, более низкую чем кубическая, приводит к изменению расстояния между спиновыми энергетическими уровнями и отличию от случая жидкостей.

Наконец, в твердых телах существует сильное взаимодействие между ядерными спинами, которое приводит к важным последствиям. При рассмотрении жидкостей мы смогли развить детальный метод вычисления времени релаксации которое определяет время, необходимое для того, чтобы диагональные матричные элементы матрицы плотности системы спинов (населенности) достигли своих равновесных значений, а также времени которое является временем затухания недиагональных матричных элементов. В твердых телах установление теплового равновесия между системой спинов и решеткой при определенных условиях, рассмотренных в гл. V, может быть разбито на две ступени. На первой ступени система спинов достигает внутреннего теплового равновесия со спиновой температурой в течение времени для которого может быть дано качественное определение, ибо переход системы спинов к равновесию не является экспоненциальным. На второй ступени спиновая температура приближается к решеточной температуре Т с временем релаксации

которое может быть определено более однозначно, чем Ттак как в этом случае происходит установление равновесия одного параметра — спиновой температуры (или ей эквивалентного параметра, как будет показано ниже).

Общее выражение для в предположении существования спиновой температуры найдено ниже в связи с задачей теории ядерной релаксации в металлах. Эта задача будет рассмотрена в первую очередь в качестве лучшей иллюстрации случая, когда важную роль играют квантовомеханические свойства «решетки».