About the influence of nuclear interactions on longitudinal magnetic relaxation of ⁵⁷Fe nuclei in YIG films

Abstract

The effect of impurity ions on nuclear magnetic relaxation has been considered. It is supposed that an impurity ion introduces an excess electron (or a hole). As a result, magnetic ions with strong spin-orbital interaction appear and magnetization direction distribution becomes inhomogeneous. Thermally activated jumps of the excess electron from one magnetic ion to another generate fluctuations in the magnetization direction. The interaction between the fluctuating magnetization and magnetic nuclei results in the appearance of regions of fast nuclear magnetic relaxation. Spin diffusion contributes to the longitudinal relaxation rate also for nuclei being outside the impurity regions. Taking into account the spin diffusion dependence on nuclear interactions, we have derive the dependence of longitudinal relaxation rate on nuclear interactions, what was observed experimentally in [1]. An assumption about unintentional technological impurities is sufficient to explain the experimental data.

Рассматривается влияние примесных ионов на процессы ядерной магнитной релаксации. Предполагается, что примесный ион привносит избыточный электрон (или дырку). В результате появляются магнитные ионы с сильной спин-орбитальной связью и распределение направлений электронной намагниченности становится неоднородным. Термически активированные скачки избыточного электрона с одного магнитного иона на другой порождают флуктуации в направлении намагниченности. Взаимодействие между флуктуирующей намагниченностью и магнитными ядрами приводит к появлению областей с быстрой ядерной магнитной релаксацией. Благодаря спиновой диффузии возрастает скорость продольной релаксации и для ядер, находящихся вне примесных областей. Принимая во внимание зависимость интенсивности спиновой диффузии от ядерно-ядерных взаимодействий, получена зависимость скорости продольной релаксации от межядерных взаимодействий, что наблюдалось экспериментально в работе [1]. Предположение о наличии неконтролируемых технологических примесей является достаточным для объяснения экспериментальных результатов.

Розглядається вплив домішок на процеси ядерної магнітної релаксації. Робиться припущення, що іон домішки надає надлишковий електрон (або дірку). Внаслідок цього з’являються магнітні іони із сильним спін-орбітальним зв’язком і розподіл напрямку електронної намагніченості стає неоднорідним. Термічно активовані стрибки надлишкового електрона з одного магнітного іона на іншій породжують флуктуації у напрямку намагніченості. Взаємодія між флуктуаціями намагніченості та магнітними ядрами призводить до появи регіонів зі швидкою ядерною магнітною релаксацією. Завдяки спіновій дифузії зростає швидкість подовжньої релаксації і для ядер, що знаходяться поза регіонами домішок. Приймаючи до уваги залежність інтенсивності спінової дифузії від ядерно-ядерних взаємодій, отримано залежність швидкості поздовжньої релаксації від взаємодій між ядрами, що спостерігалося експериментально у роботі [1]. Припущення про наявність неконтрольованих технологічних домішок є достатнім для пояснення експериментальних результатів.