Новый взгляд на «нутацию» спинов
Салихов К.М.

Поступила в редакцию: 28 Мая 2022

DOI: 10.31857/S0044451022110037

PDF (1135.6K)

Показано, что теория нутации Торри на основе уравнений Блоха для вектора намагниченности не может быть использована для описания «нутации» взаимодействующих спинов (включая расщепление спиновых уровней энергии в нулевом магнитном поле). Уравнения Блоха предполагают, что вектор магнитного момента спинов полностью задает состояние спинов. Но это верно только для невзаимодействующих частиц со спином S=1/2. На примере простейшей системы со спином S=1 проведено систематическое рассмотрение отклика («нутации») спинов на внезапное включение переменного магнитного поля. Проведен детальный анализ зависимости «нутации» от спин-спинового взаимодействия и характера возбуждения спинов переменным полем. В условиях, когда спин-спиновые взаимодействия сопоставимы с энергией взаимодействия спинов с переменным полем, движение намагниченности спинов описывается как сумма вкладов, осциллирующих с разными частотами, которые равны частотам переходов между собственными состояниями спин-гамильтониана во вращающейся системе координат. Впервые для описания «нутации» спинов использован математический аппарат Гейзенберга. В этом подходе уравнения движения записываются непосредственно для измеряемых в опыте величин. Для спинов полный ортогональный набор величин составляют дипольный момент и мультипольные поляризации. Для демонстрации потенциала этого описания «нутации» рассмотрен конкретный случай парамагнитных частиц со спином S=1. С учетом энергии расщепления в нулевом магнитном поле получены связанные уравнения движения для дипольного и квадрупольного моментов. Их можно назвать обобщенными уравнениями магнитной поляризации спинов. Эти уравнения показывают, что при наличии спин-спиновых взаимодействий происходит обратимое взаимное превращение дипольного и квадрупольного моментов. Это приводит к осцилляциям длины вектора намагниченности спинов, проекции которого наблюдаются обычно в эксперименте. Поэтому наблюдаемые в эксперименте осцилляции проекций намагниченности отражают как нутацию вектора намагниченности, так и модуляцию длины этого вектора за счет взаимопревращения дипольной и квадрупольной поляризации.