Peculiarities of Separation of Spin-Phonon Coupling Mechanisms For 23Na in a NaF Crystal Depending on Temperature and the Number of Paramagnetic Centers

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The possibility of changing the efficiency of nuclear spin-phonon coupling by NMR methods using the example of a NaF crystal in a wide temperature range is investigated. To suppress nuclear spin-lattice relaxation involving paramagnetic centers, continuous magnetic saturation at a single Larmor frequency was used instead of acoustic saturation of the 23Na NMR signal at a double frequency. The influence of the color centers induced by gamma irradiation and of temperature on the separation of spin-phonon coupling mechanisms has been studied. No suppression of impurity relaxation was observed for 19F dipole nuclei. It is shown that the suggested magnetic saturation technique for complete or partial shutdown of impurity relaxation of quadrupole nuclei can be implemented on commercial pulse NMR spectrometers.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. M. Rochev

Saint Petersburg State University

Email: v.mikushev@spbu.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

V. M. Mikushev

Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: v.mikushev@spbu.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

E. V. Charnaya

Saint Petersburg State University

Email: e.charnaya@spbu.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

A. Yu. Serov

Saint Petersburg State University

Email: v.mikushev@spbu.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Абрагам А., Гольдман М. Ядерный магнетизм: порядок и беспорядок: в 2-х томах. М.: Мир, 1984. 660 с.
  2. Микушев В.М., Чарная Е.В. Ядерный магнитный резонанс в твердом теле. СПб: Издательство Санкт-Петербургского университета, 1995. 204 с.
  3. 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.
  4. Хуцишвили Г.Р. Спиновая диффузия // УФН. 1965. Т. 87. № 2. С. 211–250.
  5. Гольдман М. Спиновая температура и ЯМР в твердых телах. М.: Мир, 1972. 342 с.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Голенищев-Кутузов В.А., Самарцев В.В., Соловаров Н.К., Хабибулин Б.М. Магнитная квантовая акустика. М: Наука, 1977. 200 с.
  12. 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. https://doi.org/10.31857/S0320791922010075
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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. https://doi.org/10.1006/jmre.1998.1550
  17. 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. P. 1202–1203. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.01.008
  18. Микушев В.М., Рочев А.М., Чарная Е.В. Ослабление спин-фононной связи квадрупольных ядер в кристаллах NaF в условиях магнитного насыщения // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 6. С. 695–701. https://doi.org/10.31857/S0320791923600464
  19. Лущик Ч.Б., Лущик А.Ч. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М.: Наука, 1989. 262 с.
  20. Klick C.C. Properties of Electron Centers. Point Defects in Solids, ed. by Crawford J.H. and Slifkin L.M. V. 5. 135. 1972. New York: Plenum Press, ISBN: 0306375117 (volume 1), 0306375125 (volume 2).
  21. 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 // JPCM. 1994. V. 6. № 37. С. 7581–7588. https://doi.org/10.1088/0953-8984/6/37/012
  22. Кессель А.Р. Ядерный акустический резонанс. М: Наука, 1969. 215 с.
  23. 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. 1001–1005.
  24. Ashcroft N.W., Mermin N.D. Solid State Physics. Saunders Collage Publishing, 1976. 826 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Luminescence spectrum of F1 and F2 colouring centres in NaF after gamma irradiation

Download (63KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. (a) - Recovery times of 23Na nuclear magnetisation τ1 and τ2 and (b) - their corresponding values of the weighting factor as a function of the stationary magnetic saturation factor Zst

Download (108KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. (a) - Recovery times of 23Na nuclear magnetisation τ1 and τ2 as a function of the stationary magnetic saturation factor Zst. Circles and rhombuses correspond to data before radiation exposure, triangles and inverted triangles to data after irradiation. (b) - Weighting coefficients at different saturation. Rhombuses and inverted triangles show the results of calculation before and after irradiation, respectively. The uncertainties are indicated only for some representative data

Download (159KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Spin-lattice relaxation times of 19F nuclei as a function of the stationary magnetic saturation factor Zst. Circles and triangles show the results obtained before and after gamma irradiation, respectively

Download (77KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Spin-lattice relaxation rates of 23Na as a function of temperature. The solid line is the theoretical dependence of the relaxation rate for quadrupole nuclei. Circles and rhombuses correspond to data before gamma irradiation, triangles and inverted triangles - after irradiation. The uncertainties are given only for some representative data

Download (82KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences