СПИН-СПИНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

СПИН-СПИНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

- магн. взаимодействие междуспиновыми магн. моментами электронов, атомных ядер, парамагн. атомов иионов. Энергия С.-с. в. зависит от взаимной ориентации спинов этих частиц. <Благодаря своей релятивистской природе С.-с. в., как правило, значительнослабее др. взаимодействий (электростатических, обменных и др.), определяющихструктуру энергетич. уровней атомных и молекулярных систем. Поэтому С.-с. <в. определяет обычно лишь малое расщепление или уширение спектральных линий(см. Радиоспектроскопия, Спектроскопия). В простейших случаях величинаС.-с. в. определяется диполь-дипольным взаимодействием спиновых магнитныхмоментов частиц i, j и имеет энергию порядка ,где r - расстояние между частицами. Для типичных атомных масштабоввеличина оказываетсяпорядка 10^-4-10^-5, 10^-7-10^-8 и 10^-11 эВ соотв. для электрон-электронного, электронно-ядерногои ядерно-ядерного взаимодействий.

Электрон-электронное С.-с. в. в свободных атомах и ионах приводит лишьк малому сдвигу энергетич. уровней, не вызывая их расщепления. В молекулах, <где центр. симметрия нарушена, такие расщепления возникают и дают вкладв мультиплетную тонкую структуру спектров (т. н. -уровни;см. Молекула). Аналогичный эффект возникает и при понижении симметрииво внутрикристаллическом поле твёрдого тела.

Электронно-ядерное С.-с. в. между орбитальными электронами атома (иона, <молекулы) и обладающим спином ядром атома приводит к сверхтонкой структуре спектров, <обусловленной зависимостью энергии атома от ориентации ядерного спина I в магн. поле, созданном суммарным спином электронов . (см. Сверхтонкоевзаимодействие). Аналогичная сверхтонкая структура наблюдается и вспектрах электронного парамагнитного резонанса, где она обусловленаС.-с. в. неспаренных электронов парамагн. центров (см.Парамагнетизм )как с их собств. ядрами, так и с ядрами ближайших соседей (суперсверхтонкаяструктура).

В электронных парамагнетиках С.-с. в. между парамагн. центрами в значит. <степени определяет форму и ширину линий ЭПР. В этом случае принято пониматьтермин «С.-с. в.» более широко: кроме магнитной (диполь-дипольной) энергиик нему относят и обменное взаимодействие, к-рое также зависит от взаимнойориентации спинов и формально рассматривается как «псевдодипольное».

С.-с. в. между ядрами атомов, входящих в кристаллич. решётку твёрдоготела, определяет форму линий ядерного магнитного резонанса и даётинформацию о структуре вещества и внутр. атомно-молекулярных движениях. <В жидкостях быстрое тепловое движение атомов и молекул приводит к тому, <что анизотропная часть ядерно-ядерного С.-с. в., усредняясь, уменьшаетсяпрактически до нуля. Это ведёт к резкому сужению линий и повышению разрешающейспособности ЯМР. Сходных результатов можно достигнуть и в твёрдых телахза счёт быстрого вращения образца либо с помощью спец. радиочастотных полей, <заставляющих ядерные спины быстро менять свою ориентацию. Косвенное ядерноеС.-с. в., обусловленное очень слабым взаимодействием ядерных спинов I_i и I_j через общую электронную систему молекулы, носитизотропный характер и поэтому не усредняется. Оно образует малые (~1 Гц)мультиплетные расщепления в спектрах ЯМР высокого разрешения. Эти расщепленияне зависят от величины внеш. магн. поля и могут быть использованы для классификациии структурного анализа сложных молекул и их фрагментов.

С.-с. в. играет важную роль в динамике многочастичных спиновых систем. <Оно приводит к взаимным переворотам взаимодействующих спинов (электронныхлибо ядерных), что обеспечивает процессы поперечной релаксации магнитной, <спиновой диффузии и ведёт к установлению спиновой температуры впарамагн. твёрдых телах. С.-с. в. между электронами парамагн. центров иокружающими ядрами определяет, кроме того, процессы магн. релаксации идинамич. поляризации ядер (см. Оверхаузера эффект).

В магнитоупорядоченных веществах (ферро- и антиферромагнетиках) С.-с. <в., наряду с внутрикристаллич. полем, даёт вклад в магнитную анизотропию, играетрешающую роль в образовании магнитной доменной структуры. Существуют такжесоединения (в основном с участием редкоземельных элементов), магн. упорядочениев к-рых вообще обусловлено не обменным, а дипольным С.-с. в. (дипольныемагнетик и).

Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитныйрезонанс соединений элементов промежуточных групп, 2 изд., М., 1972; АбрагамА., Гольдман М., Ядерный магнетизм: порядок и беспорядок, пер. с англ.,т. 1-2, М., 1984; Л у н д и н А. Г., Ф е д и н Э. И., ЯМР-спектроскопия, <М., 1986. В. А. Ацаркин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.