Reduction of the Spin–Phonon Coupling of Quadrupole Nuclei in NaF Crystals under Magnetic Saturation

V. M. Mikushev; Микушев В. М.; A M. Rochev; Рочев А. М.; E. V. Charnaya; Чарная Е. В.

doi:10.31857/S0320791923600464

Reduction of the Spin–Phonon Coupling of Quadrupole Nuclei in NaF Crystals under Magnetic Saturation

Authors: Mikushev V.M.¹, Rochev AM.¹, Charnaya E.V.¹
Affiliations:
1. St. Petersburg State University, St. Petersburg, 198504 Russia
Issue: Vol 69, No 6 (2023)
Pages: 695-701
Section: ФИЗИЧЕСКАЯ АКУСТИКА
URL: https://jdigitaldiagnostics.com/0320-7919/article/view/648310
DOI: https://doi.org/10.31857/S0320791923600464
EDN: https://elibrary.ru/CQLXPH
ID: 648310

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The rate of nuclear spin-lattice relaxation is determined by the efficiency of interaction between thermal phonons and nuclear spins. The results on reducing the efficiency of spin–phonon coupling by suppressing the contribution from paramagnetic centers to quadrupole nucleus relaxation are presented. The suppression has been performed by stationary magnetic effect at the Larmor frequency. It is shown that, as in the presence of an acoustic field, the rate of spin-lattice relaxation of 23Na nuclei in a sodium fluoride crystal at magnetic saturation of the NMR signal does not change in the region of a negative average spin temperature.
In the region of positive spin temperature, the rate of relaxation of 23Na spins significantly decreases and nuclear magnetization recovery with time is described by the sum of two exponentials. The contribution from nuclear spins with a lower efficiency of spin–phonon coupling, corresponding to the exponential with a long relaxation time, increases with increasing saturating field intensity. It is demonstrated that the efficiency of spin–phonon coupling for 19F nuclei without quadrupole moment does not change under the saturation conditions.
The results obtained can be used for analyzing the structure of real crystals.

Keywords

magnetic quantum acoustics, nuclear spin–phonon coupling, acoustic and magnetic saturation of the NMR line, spin-lattice relaxation, paramagnetic centers

References

Абрагам А., Гольдман М. Ядерный магнетизм: порядок и беспорядок: в 2-х томах. М.: Мир, 1984. 660 с.
Микушев В.М., Чарная Е.В. Ядерный магнитный резонанс в твердом теле. СПб: Издательство Санкт-Петербургского университета, 1995. 204 с.
Хуцишвили Г.Р. Спиновая диффузия // Успехи физ. наук. 1965. Т. 87. № 2. С. 211–250.
Бахрамов А., Столыпко А.Л., Чарная Е.В., Шутилов В.А. Спин-фононное взаимодействие в кристаллах NaCl и NaF, легированных медью // ФТТ. 1986. Т. 28. № 3. С. 844–849.
Кессель А.Р. Ядерный акустический резонанс. M.: Наука, 1969. 215 с.
Голенищев-Кутузов В.А., Самарцев В.В., Соловаров Н.К., Хабибулин Б.М. Магнитная квантовая акустика. М.: Наука, 1977. 200 с.
Гольдман М. Спиновая температура и ЯМР в твердых телах. М.: Мир, 1972. 342 с.
Кулешов А.А., Микушев В.М., Столыпко А.Л., Чарная Е.В., Шутилов В.А. Роль дефектов и спиновой диффузии в электрическом насыщении линии ЯМР в кристаллах GaAs // ФТТ. 1986. Т. 28. № 11. С. 3262–3266.
Кулешов А.А., Микушев В.М., Столыпко А.Л., Чарная Е.В., Шутилов В.А. Роль точечных дефектов в ядерном квадрупольном спин-фононном взаимодействии в диэлектрических кристаллах // Акуст. журн. 1986. Т. 32. № 6. С. 836–838.
Кулешов А.А., Микушев В.М., Столыпко А.Л., Чарная Е.В. Акустический ядерный резонанс в условиях бегущей ультразвуковой волны // Акуст. журн. 1989. Т. 35. № 3. С. 473–476.
Ефиценко П.Ю., Микушев В.М., Чарная Е.В. Прямое измерение решеточного и примесного вкладов в спин-решеточную релаксацию квадрупольных ядер // Письма в ЖЭТФ. 1991. Т. 54. № 10. С. 583–585.
Ефиценко П.Ю., Мавлоназаров И.О., Микушев В.М., Чарная Е.В. Прямое измерение решеточного и дефектного вкладов в спин-решеточную релаксацию квадрупольных ядер в кристаллах GaAs и NaI // ФТТ. 1992. Т. 34. № 6. С. 1753–1758.
Мавлоназаров И.О., Микушев В.М. Измерение времени ядерной спин-решеточной релаксации в монокристаллах хлористого натрия в присутствии ультразвука // ФТТ. 1992. Т. 34. № 7. С. 2257–2260.
Власов В.С., Голов А.В., Котов Л.Н., Щеглов В.И., Ломоносов А.М., Темнов В.В. Современные проблемы сверхбыстрой магнитоакустики // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 1. С. 22–56.
Мавлоназаров И.О., Микушев В.М., Чарная Е.В. Прямое измерение решеточного и примесного вкладов в ядерную спин-решеточную релаксацию в условии магнитного насыщения // Письма в ЖЭТФ. 1992. Т. 56. № 1. С. 15–17.
Микушев В.М., Чарная Е.В. Ядерная спин-решеточная релаксация в условиях акустического, электрического и магнитного насыщения // Акуст. журн. 1994. Т. 40. № 1. С. 171–173.
Chandul A., Charnaya E.V., Kuleshov A.A., Mikushev V.M., Ulyashev A.M. Impurity Nuclear Spin-Lattice Relaxation Suppression and Charge Exchange of Chromium Ions in a γ–Irradiated Ruby Crystal // J. Magn. Reson. 1998. V. 135. № 1. P. 113–117.
Mikushev V.M., Charnaya E.V., Lee M.K., Chang L.-J. Suppression of the defect contribution to nuclear spin-lattice relaxation by long rf magnetic pulses for the particular case of 23NaCl // Results Phys. 2019. V. 12. C. 1202–1203. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.01.008
Charnaya E.V., Mikushev V.M., Shabanova E.S. Direct measurements of impurity and lattice components of the nuclear spin-lattice relaxation in Al2O3 crystals // J. Phys.: Condens. Matter. 1994. V. 6. № 37. P. 7581–7588. https://doi.org/10.1088/0953-8984/6/37/012
Микушев В.М., Уляшев А.А., Чарная Е.В., Chandoul А. Температурная зависимость времени спин-решеточной релаксации квадрупольных ядер в условиях насыщения линии ЯМР // ФТТ. 2002. Т. 44. № 6. С. 1001–2260.
Persyn G.A., Nolle A.W. Low- and High-Temperature Magnetic Resonance and Relaxation of NaF: Mn2+ // Phys. Rev. 1965. V. 140. № 5A. A1610–A1619. https://doi.org/10.1103/PhysRev.140.A1610