Резонансный метод исследования строительных материалов

Поскольку элементарные частицы не обладают электрическим дипольным моментом, последние могут возникать в ионных кристаллах благодаря смещению центрального иона в одно из нецентральных равновесных положений или при введении в кристалл примесных молекул с постоянным электрическим дипольным моментом. Параэлектрический резонанс наблюдался, например, в кристаллах KCl с примесью Li+ при температурах T # 10 K.

Параэлектрическая спектроскопия привела к дальнейшему  расширению информативных возможностей радиоспектроскопии и имеет также практические применения (электрическое адиабатическое охлаждение, создание фононных генераторов и др.).

6. ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС В ПРОВОДНИКАХ

Если поместить  проводник в постоянное магнитное  поле напряженности H, то электроны (дырки) проводимости при движении под углом к H испытывают действие силы Лоренца [7]

где q - заряд, а n - скорость электрона (дырки), c - скорость света, B - магнитная индукция, B = mH, m - магнитная проницаемость (в немагнитных  проводниках m = 1). Движение заряженной частицы в магнитном поле является винтовым: равномерным в проекции на B и круговым в проекции на плоскость, перпендикулярную B. Полагая

находим радиус окружности

и круговую частоту  вращения

Здесь m - масса  частицы, n' - проекция скорости частицы  на указанную выше плоскость, а wc - циклотронная частота. Обычно wc ~ 1010-1012 Гц при B ~ 1-100 кГс.

Если к проводнику приложить переменное электромагнитное поле, то при совпадении его частоты  с циклотронной частотой наблюдается  резкое увеличение поглощения этого  поля, то есть наступает циклотронный резонанс (ЦР). Он может наблюдаться при условии, что носители заряда успевают сделать много оборотов между столкновениями с другими частицами. В металлах ЦР имеет свою специфику в связи с тем, что электромагнитная волна проникает в металл на малую глубину (скин-слой). ЦР широко применяется в физике твердого тела для изучения энергетического спектра, измерения знака заряда и эффективной массы электронов (дырок).

Виды резонансов чрезвычайно многообразны, и в  краткой статье нет возможности остановиться на всех. Перечислим еще некоторые из них

Акустический  резонанс - избирательное поглощение энергии акустических волн высоких  частот (гиперзвук) в парамагнитных  кристаллах, помещенных в постоянное магнитное поле.

Параметрический резонанс - избирательное возбуждение колебаний разной природы в веществе путем периодического изменения некоторых его параметров.

Рентгеновская спектроскопия - характеристическое поглощение или испускание рентгеновских волн веществом.

g-Резонанс - резонансное  поглощение и рассеяние g-квантов ядрами атомов вещества [8]. В спектре твердого тела этому резонансу могут отвечать очень узкие пики, если процесс излучения или поглощения g-кванта происходит без отдачи (эффект Мёссбауэра, 1958 год). Такой процесс возможен, если энергия отдачи ядра меньше минимальной энергии фононов, так как в этом случае происходит бесфононный квантовый переход. g-Резонансное рассеяние в принципе может быть использовано для определения структуры кристаллов, изучаются пути решения проблемы создания g-лазера (газера). В связи с чрезвычайной узостью пиков g-резонанса (Dn / n ~ 10- 10) его можно использовать для очень точного измерения частоты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Резонансные методы исследования вещества можно отнести  к числу наиболее информативных  и точных. С их помощью можно изучать химический состав, симметрию, структуру, энергетический спектр вещества, электрические, спин-орбитальные, магнитные, сверхтонкие и суперсверхтонкие взаимодействия в нем. Эти методы могут удачно дополнять друг друга. Они нашли широкое применение в физике, химии, биологии и медицине. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЛИТЕРАТУРА

1. Шахмаев Н.М.  Физика. М.: Высш. шк., 1977. Ч. 2: Колебания  и волны. Оптика. Строение атома.

2. Альтшулер  С.А., Козырев Б.М. Электронный  парамагнитный резонанс. М.: Наука, 1972.

3. Пейк Дж. Парамагнитный резонанс. М.: Мир, 1965.

4. Лоу В. Парамагнитный  резонанс в твердых телах. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.

5. Электрические  эффекты в радиоспектроскопии / Под  ред. М.Ф. Дейгена. М.: Наука, 1981.

6. Феер Дж. Электронная  структура доноров в кремнии, определенная с помощью метода ДЭЯР // Электронный спиновый резонанс в полупроводниках. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.

7. Элементарный  учебник физики / Под ред. Г.С.  Ландсберга. М.: Наука, 1971. Т. 2: Электричество  и магнетизм.

8. Вертхейм Г.  Эффект Мессбауэра. М.: Мир, 1966.

* * *

Владимир Иванович Черепанов, доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической  физики Уральского государственного университета им. А.М. Горького. Область научных  интересов - спектроскопия твердого тела. Соавтор двух монографий и более 120 научных статей.