Новый метод исследования парамагнитной абсорбции

1944 г.
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.
НОВЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМАГНИТНОЙ АБСОРБЦИИ
С. Альтшулер, Е. Завойский и В. Козырев
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
Нс расположенного перпендикулярно к полю h (при условии, что Hc>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 Нс. 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,
Прецессия Лармора, как известно, была с блестящим успехом использована впоследствии Раби в его хорошо известных работах по
измерению ядерных спинов методом молекулярного пучка.
1
1
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
2
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.
Результаты измерения
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 81о
К;
III - CuS04∙5H2O, V - MnS04 7H2O при 291о К
На том же рисунке приведены кривые, полученные для CuS04∙5H2O для
MnS04 при Т=291 и 81°К.
3
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.
4