Новый метод исследования парамагнитной абсорбции

Завойский Е.К. Новый метод исследования парамагнитной абсорбции [Текст]/Е.К. Завойский, С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев//ЖЭТФ. – 1944. – Т.14. - №10-11. – с. 407-409.

Разработан новый чувствительный метод измерения парамагнитной абсорбции. Метод применен для изучения абсорбции в железо-аммонийных и хромовых квасцах и в ряде парамагнитных солей серной кислоты.

1. В 1936 г. Гортер c помощью калориметрического метода изучал парамагнитную релаксацию в различных кристаллических веществах при температуре жидкого водорода. При этом обнаружилось, что величина абсорбции переменного магнитного поля амплитуды h сильно уменьшается, особенно для некоторых веществ, при наложении постоянного магнитного поля Н_с расположенного перпендикулярно к полю h (при условии, что H_c>h). В достаточно больших полях Н парамагнитная абсорбция, невидимому, исчезает полностью (остаточная абсорбция, как кажется, уже не связана с парамагнетизмом, так как она приближается по величине к рассеянию в диамагнетиках при тех же условиях). Величина подавляемой части абсорбции прямо пропорциональна квадрату частоты осциллирующего ноля и обратно пропорциональна абсолютной температуре.

С этой работой Гортера была связана и его попытка измерения магнитных моментов атомных ядер [²]. Он предполагал обнаружить дополнительное выделение теплоты в диамагнетиках при совпадении частоты осциллирующего поля с частотой ларморовой прецессии ядерных спинов в поперечном поле Н_с. Гортер не получил, однако, эффекта, который мог бы быть обнаружен его калориметрическим методом¹; такой результат, по его мнению, был обусловлен слишком слабой связью ядерных спинов с вибрациями кристаллической решетки диамагнетика. Вообще же говоря, нет принципиальных оснований отрицать возможность изучения магнитных моментов атомных ядер методом измерения абсорбции.

Дальнейшие работы по парамагнитной релаксации, опубликованные Гортером и его сотрудниками [3] в Гронингене, а также Казимиром, де Гаазом, дю Пре и другими [⁴] в Лейдене и Старром [⁵] в Кембридже (Массачузет, США), были посвящены изучению явлений дисперсии магнитной восприимчивости и, парамагнитной абсорбции в присутствии постоянных магнитных полей, расположенных параллельно осциллирующему магнитному полю. Также и теоретическая разработка вопроса Казимиром, Кронигом, Ван Флеком [⁶] и другими велась почти исключительно применительно к этому случаю.

Принимая во внимание малую изученность парамагнитной абсорбции в перпендикулярных полях и имея, кроме того, в виду попытаться в дальнейшем измерить ядерные магнитные моменты, мы решили повторить упомянутые выше опыты Гортера [^1-6] при более высоких температурах, а также изучить парамагнитную абсорбцию в поперечных полях на ряде новых веществ, пользуясь методом измерения абсорбции высокочастотного поля, гораздо более чувствительным, чем любой калориметрический способ. Принятый нами метод основан на очень высокой чувствительности тока сетки генератора к величине абсорбции высокочастотных колебаний и может быть поэтому назван методом сеточного тока [⁷].

2. Генератор высокой частоты (λ = 8,5м) был собран по схеме Эзау н. лампе УБ-132. Переменное магнитное поле катушки имело амплитуду h порядка 0,8 эрстед.

Поле Н_с создавалось электромагнитом и изменялось в пределах от 6 до 1300 эрстед. Сеточный ток измерялся скомпенсированным короткопериодным. гальванометром, чувствительностью в 10^-9 А/мм.

Вещество, помещалось в поле в кварцевой или стеклянной пробирке. Опыты ставились при комнатной температуре (291°К) и температуре жидкого, воздуха 81°К). Для исследования нами были взяты: железо-аммонийные квасцы, хромовые квасцы и, в целях контроля, алюминиевые квасцы, как и в опытах Гортера. Кроме того, мы исследовали парамагнитную абсорбцию и в ряде других гидратированных парамагнитных солей серной кислоты: CuS0₄∙5H₂O, MnS0₄, CoS0₄.7H₂0, NiS0₄∙7H₂0 и FeS0₄∙7H₂0.

Калориметрически был оценен порядок чувствительности нашей установки; он оказался равным, приблизительно, 10^-7 W/mm шкалы.

Для всех исследованных веществ абсорбция выражена в условных и независимых для каждого вещества единицах. На рисунке приведены кривые, полученные при температуре жидкого воздуха для железных и хромовых квасцов. Измерения, произведенные для контроля над алюминиевыми квасцами при той же температуре, показали, что, как и следовало ждать, поле в этом случае не влияет на абсорбцию.

Зависимость абсорбции от напряжения постоянного магнитного поля.

I – NH₄Fe(SO₄)₂∙H₂O, II - KCr(SO₄)₂∙H₂O, IV - CuS0₄∙5H₂O, VI - MnS0₄, при 81^о К;

III - CuS0₄∙5H₂O, V - MnS0₄ 7H₂O при 291^о К

Сернокислые соли кобальта, никеля и двухвалентного железа, исследованные нами при тех же температурах, обнаружили меньшее, чем у вышеназванных парамагнетиков, подавление абсорбции полем Н_с при величинах последнего до 1300 эрстед.

Из рассмотрения кривых можно сделать следующие заключения:

Полное подавление парамагнитной абсорбции наступает для CuS0₄∙5H₂O уже при полях порядка 100 эрстед, а для MnS0₄ при полях порядка 1000 эрстед.

Эффект полного подавления абсорбции обратно пропорционален абсолютной температуре.

В заключение упомянем, что была вполне подтверждена резкая анизотропия в действии поля Н_с на абсорбцию высокочастотного поля. Мы. проверили это на медном купоросе: в то время как поперечное поле Н_с уже при 50 эрстед, вызывает уменьшение абсорбции более, чем на 50%, параллельное поле Н_с не влияет сколько-нибудь заметно при напряженности в 75 эрстед. Это вполне согласуется с опытами Тейниссена, показавшими полное отсутствие влияния; параллельного поля на парамагнитную восприимчивость медного купороса [⁸]..

Казанский университет Поступило в редакцию

4 февраля 1944 г.

Литература,

[1] С. Gorter. Physica, 3, 50З, 1006, 1936. — [2] С. Gorter. Physica, 3, 995. 1936.— [3] С. Gorter. ZS. f. techn. Phys., 12, 64, 1938; P. Teunissen u. C. Gorter. Physica, 6, 145, 1939; Physica, 7, 33, 1940. C. Gоrter, L. Dуkstra, H. Gгоendyk. Physica, 7, 625, 1940.—[4]. W. de Haas, F. du Pre. Physica, 5, 501, 1938. F. du Pre. Physica, 7, 79, 1940. H. Casimir, D. Byl, F. du Pre. Physics, 8, 44, 1941. — [5] C.Starr, Phys. Rev., 60, 241, 1941.—[6] H. Casimir, F. du Pre. Physica, 5, 507, 1938. R. de L. Kronig. Physic,-, 6, 33, 1939. J. van'Vie ck. .Phys..Rev., 57, 426, 1940; 59 , 724, 1941. —[7] E. Завойский. ЖЭТФ, 6, 1, 1934..— [8] D. Byl. Physica, 8, 461, 1941.