Магнитный резонанс

Определение «Магнитный резонанс» по БСЭ:
Магнитный резонанс - избирательное поглощение веществом электромагнитных волн определённой длины волны, обусловленное изменением ориентации магнитных моментов электронов или атомных ядер. Энергетические уровни частицы, обладающей магнитным моментом μ, во внешнем магнитном поле Н расщепляются на магнитные подуровни, каждому из которых соответствует определённая ориентация магнитного момента μ относительно поля Н (см. Зеемана эффект).
Электромагнитное поле резонансной частоты ω вызывает квантовые переходы между магнитными подуровнями.
Условие резонанса имеет вид:
Δ = ħω,
где Δ - разность энергий между магнитными подуровнями, ħ - Планка постоянная.
Если поглощение электромагнитной энергии осуществляется ядрами, то М. р. называется ядерным магнитным резонансом, ЯМР. Магнитные моменты ядер обусловлены их спинами I. Число ядерных магнитных подуровней равно 2I + 1, а расстояния между соседними подуровнями одинаковы и равны:
Δ = ħγH,
где γ - Магнитомеханическое отношение. Отбора правила допускают переходы только между соседними подуровнями, поэтому всем переходам соответствует одинаковая резонансная частота (рис.), линии поглощения перекрываются и наблюдается одна линия.
Однако в некоторых кристаллах для ядер со спином I > 1 возникает дополнительное смещение уровней, вызванное взаимодействием электрического квадрупольного момента ядра с внеядерным неоднородным внутрикристаллическим электрическим полем Е в месте расположения ядра (см. Кристаллическое поле). В результате этого в спектре поглощения появляются дополнительные линии (см. Ядерный квадрупольный резонанс, ЯКР).
М. р., обусловленный магнитными моментами электронов в парамагнетиках, называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). Спектр ЭПР зависит как от Спина, так и от орбитального движения электронов, входящих в состав парамагнитных атомов и молекул, и обычно чувствителен к внутрикристаллическому полю в месте расположения парамагнитной частицы. В ферромагнетиках и Антиферромагнетиках электронный М. р. называется соответственно ферромагнитным резонансом и антиферромагнитным резонансом.
Во многих случаях полезно классическое описание М. р., основанное на том, что магнитный момент частицы μ испытывает во внешнем магнитном поле Н Лармора прецессию около направления вектора Н с частотой ω = γН.
Переменное магнитное поле H1, перпендикулярное Н и вращающееся синхронно с μ, то есть с частотой ω, оказывает постоянное воздействие на магнитный момент, которое и ведёт к изменению его ориентации в пространстве.
К М. р. иногда относят также наблюдаемый в металлах и полупроводниках, помещенных в постоянное магнитное поле, Циклотронный резонанс - резонансное поглощение электромагнитной энергии, связанное с периодическим движением электронов проводимости и дырок в плоскости, перпендикулярной полю Н (см. Лоренца сила, Диамагнетизм).
Диапазон частот М. р. определяется величиной магнитомеханического отношения. Для свободного электрона γ/2π = 2,799Ч106 гц·э -1, для протона γ/2π = 4,257Ч10і гц·э-1, для других ядер, обладающих спином, γ/2π = 10І-10і гц·э-1.
В соответствии с этим в магнитных полях ∼ 10і-104 э частоты ЭПР попадают в диапазон СВЧ (109-1011 гц), а ЯМР - в диапазон коротких волн (106-107 гц).
Лит.: Сликтер Ч., Основы теории магнитного резонанса, перевод с английского, М., 1967; Абрагам А., Ядерный магнетизм, перевод с английского, М., 1963; Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс, М., 1961.
В. А. Ацаркин.
Расщепление уровней энергии во внешнем магнитном поле H0 в случае ядерного магнитного резонанса при I = і/2.

Магнитный пробой    Магнитный резонанс    Магнитогорский металлургический комбинат