Ядерная релаксация при сверхнизких температурах, стимулированная парамагнитной примесью

Abstract

Рассмотрен механизм релаксации колебаний ядерных спинов за счет взаимодействия с парамагнитной примесью, при котором в результате непосредственного взаимодействия спинов ядра и примеси происходит одновременная их переориентация. Электронные спины дополнительно переориентируются вследствие электронного спин-спинового взаимодействия. Дано физическое обоснование необходимости учета этого механизма релаксации при сверхнизких температурах. Получено общее выражение для скорости непосредственной релаксации колебаний ядерных спинов с учетом исследуемого механизма релаксации. Проведены численные оценки эффективности указанного механизма. Показано, что он может стать доминирующим при сверхнизких температурах. При этом скорость релаксации не зависит от температуры.

Розглянуто механізм релаксації коливань ядерних спінів за рахунок взаємодії з парамагнітною домішкою, при якому в результаті безпосередньої взаємодії спінів ядра та домішки відбувається одночасна їх переорієнтація. Електронні спіни додатково переорієнтуються за рахунок електронної спін-спінової взаємодії. Дано фізичне обгрунтування необхідності обліку цього механізма релаксації при наднизьких температурах. Одержано загальний вираз для швидкості безпосередньої релаксації коливань ядерних спінів з урахуванням механізма релаксації, що досліджується. Проведено чисельні оцінки ефективності зазначеного механізма. Показано, що він може бути домінуючим при наднизьких температурах. При цьому швидкість релаксації не залежить від температури.

A mechanism of nuclear relaxation due to the nucleus-paramagnetic impurity interaction resulted in a simultaneous reorientation of nuclear and impurity spins is considered. An additional reorientation of electron spins caused by the electron spin-spin interaction is observed. The necessity of taking this relaxation mechanism into account at ultralow temperatures is substantiated in terms of physics. A general expression for the rate of direct nuclear relaxation is derived with due regard to the relaxation mechanism under consideration. A numerical estimation of the mechanism efficiency is made. The mechanism is shown to be dominant at ultralow temperatures. In such a case the relaxation rate is independent of temperature.