N 1. Февраль 2007
архив
поиск
рассылки
о газете
свежий номер
содержание
пишите нам
КРУПНОЕ ДОСТИЖЕНИЕ ФИЗИКОВ ТАТАРСТАНА

Мы уже сообщали, что профессора КГУ стали лауреатами Государственной премии РТ в области науки и техники за цикл работ «Физика ван-флековских парамагнетиков». О сути их научных изысканий рассказывает декан физического факультета КГУ Альберт Аганов.



Торжественная церемония награждения (слева направо): доцент А.Егоров, профессора Д.Таюрский, М.Тагиров, президент РТ М.Шаймиев, член-корр. АН РТ М.Зарипов (КФТИ им. Е.Завойского), профессора Л.Аминов и Б.Малкин. Фото М.Козловского.

Нечасто бывает так, что целая отрасль науки вызревает и получает основное развитие в пределах одного творческого коллектива. Именно это можно сказать о физике так называемых ван-флековских парамагнетиков (ВФП), начальные идеи которой, последовательная теоретическая их проработка, а также важнейшие предложения по применению принадлежат ученым физического факультета Казанского государственного университета, чей приоритет в данной области признан мировым научным сообществом. Здесь же, в Казанском университете - родине электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) - были проведены первые эксперименты по наблюдению магнитного резонанса в ВФП, убедительно подтвердившие интересные особенности этого класса веществ, предсказываемые теорией.

Начало истории физики ВФП можно отнести к середине пятидесятых годов прошлого века, когда по предложению профессора С.Альтшулера его ученик М.Зарипов рассчитал характеристики ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в кристаллах, содержащих ионы элементов группы железа или редкоземельных элементов, ядра которых обладают собственным магнитным моментом, но основные электронные состояния которых немагнитные.

Первое наблюдение такого рода ЯМР было осуществлено в 1964 г. на ионах ванадия, внедренных в корунд. В дальнейшем экспериментальные исследования были сосредоточены в основном на соединениях редких земель. Успеху работы в значительной степени способствовало создание в университете лаборатории роста кристаллов, что позволило по заказу синтезировать различные соединения с нужными свойствами. Значительным этапом в развитии физики ВФП стало предложение С.Альтшулера (1966 г.) использовать ВФП в качестве охлаждающего элемента при получении сверхнизких температур.

Такая идея значительно повысила интерес к этим объектам во всем мире, и исследования по физике ВФП были развернуты в Великобритании, Японии, Голландии, Франции и других странах. Однако Казанский университет до сих пор остается признанным лидером в этом направлении.

Исследования, проводимые в настоящее время, связаны, главным образом, с многочисленными приложениями ВФП в смежных областях физики. Например, многие высокотемпературные сверхпроводники включают в себя ван-флековские ионы, и исследование этих соединений методами магнитного резонанса позволяет получать информацию, недоступную для обычного ЯМР. В физике низких температур, помимо уже отмечавшейся роли охладителя, ВФП используются для исследования теплового сопротивления на границе твердое тело - жидкий гелий-3.

Что же такое ван-флековские парамагнетики и каковы их особенности, предопределяющие интерес физиков к этому классу веществ? Парамагнетизм Ван Флека (Ван Флек - американский физик, лауреат Нобелевской премии) - явление столь же универсальное, как и диамагнетизм. Заключается оно в том, что внешнее магнитное поле индуцирует на ионах (атомах, молекулах) магнитный момент, обратно пропорциональный энергии электронного возбуждения в магнитные состояния. В громадном большинстве веществ энергия возбуждения велика, порядка нескольких электрон-вольт, и, соответственно, в обычно используемых магнитных полях наведенный магнитный момент ничтожно мал, по сравнению с собственным магнитным моментом электрона. В обычном ЯМР, например протонном магнитном резонансе, наиболее часто используемом в химии, ван-флековский парамагнетизм проявляется в виде малых парамагнитных (по-другому, «химических») сдвигов резонансных линий от своих стандартных положений.

Ситуация кардинально меняется для ионов редкоземельных элементов и элементов других переходных групп, помещенных в кристаллы. Энергия электронного возбуждения в этом случае бывает сравнительно небольшой, порядка десятых и сотых долей электрон-вольта. Соответственно индуцированный магнитный момент достигает весьма больших значений, к тому же сильно зависящих от ориентации внешнего магнитного поля относительно осей кристалла.

Именно такие вещества, электронный магнитный момент которых в основном состоянии равен нулю, но наведенный момент сопоставим с собственным электронным моментом, было предложено называть ван-флековскими парамагнетиками. Наведенный на электронной оболочке иона момент создает на ядре ван-флековского иона очень большие магнитные поля, по величине на один-два порядка превышающие наложенное извне поле.

В результате ЯМР наблюдается в значительно усиленном магнитном поле, резонансная частота в той же мере возрастает. Можно сказать, происходит гигантский «химический сдвиг». Такой резонанс можно классифицировать как промежуточный между обычными электронным и ядерным магнитными резонансами. С указанными свойствами тесно связаны многие особенности спин-решеточной релаксации в этих системах, своеобразные температурные зависимости положения и формы резонансных линий. Отметим еще, что исследование ЭПР примесных парамагнитных ионов в ВФП позволяет получать напрямую сведения о характере деформации кристаллической решетки при внедрении примесей.

Результаты интенсивных экспериментальных и теоретических исследований ван-флековских парамагнетиков в Казанском университете вошли в пять докторских и девятнадцать кандидатских диссертаций, в более чем пятьдесят дипломных и магистерских работ. Фактически это подтверждает, что в Казанской физической школе, ведущей в стране и в мире, по радиоспектроскопии сформировалось и получило достойное развитие новое важное научное направление.
Альберт АГАНОВ, декан физфака, профессор

     

© 1999-2006 Казанский государственный университет