Глава 3. Магнитное дипольное уширение резонансных линий в жесткой решетке

§ 1. Введение

Уширение резонансных линий обусловлено целым рядом физических причин. Самой простой из них является неоднородность приложенного постоянного магнитного поля. В обычных магнитах, создающих магнитные поля отклонение магнитного поля от среднего значения составляет несколько десятых гаусса; при помощи специальных сложных приспособлений это значение может быть снижено до нескольких миллигаусс. Однородность поля в пределах магнитного образца зависит от размеров образца. Обычно используются образцы, объемы которых лежат в пределах от до нескольких кубических сантиметров. Применение полей очень высокой однородности налагает, конечно, жесткие ограничения на стабильность частоты генератора, создающего переменное магнитное поле. Мы не будем рассматривать здесь детали такого рода, хотя они и важны с технической точки зрения.

Для ядер, обладающих электрическими квадрупольными моментами, может наблюдаться несколько резонансных линий. Появление таких линий связано со взаимодействием ядерного квадрупольного момента с электрическим полем кристалла. Это приводит к существенному уширению резонансных линий. Установление равновесных значений населенностей зеемановских уровней системы связано с переходами между этими уровнями под влиянием спин-решеточного взаимодействия. Благодаря таким переходам время жизни системы на каком-либо одном уровне будет ограничено, что приводит к дополнительному уширению линии на величину в энергетических единицах.

В этой главе мы пренебрежем всеми перечисленными выше эффектами и сосредоточим внимание на механизме уширения резонансных линий, связанном с диполь-дипольным взаимодействием между магнитными моментами различных ядер. Такое пренебрежение во многих случаях вполне допустимо. В частности, оно вполне оправдано в тех случаях, когда спины отдельных ядер равны (в этом случае квадрупольные моменты ядер равны нулю), а время спин-решеточной релаксации достаточно велико.

Вклад диполь-дипольных взаимодействий в ширину резонансных линий легко оценить по порядку величины. Если расстояние между соседними ядрами, обладающими магнитными моментами равно то каждое ядро будет создавать в точке, где находится соседнее ядро, магнитное поле , по порядку величины равное

Если принять, что магнетона Бора), то Нлок да Так как это поле может иметь различную ориентацию относительно постоянного поля резонансные частоты отдельных ядер будут распределены в области шириной примерно . В этой же области будет наблюдаться резонансное поглощение энергии. Из этих рассуждений следует, что ширина резонансной линии не зависит от Этот вывод согласуется с экспериментальными данными, полученными при исследовании магнитного резонанса в полях Поскольку ширина линии значительно превышает степень неоднородности магнитного поля, при анализе формы линии можно не учитывать поправки, связанные с техникой наблюдения резонанса.