Исключительная узость мессбауэровской линии (малая величина естественной ширины ядерного уровня Г) позволяет использовать резонансное поглощение гамма-квантов для изучения очень малых взаимодействий ядра с электрическими и магнитными полями, существующими в кристалле, так называемых сверхтонких взаимодействий. Магнитное сверхтонкое взаимодействие совершенно аналогично хорошо известному взаимодействию магнита с магнитным полем, которое, в частности, поворачивает стрелку компаса в магнитном поле Земли и ориентирует ее в направлении с севера на юг. Атомное ядро в магнитном поле ведет себя как миниатюрный магнитик, полюса которого, подобно стрелке компаса, стремятся ориентироваться по полю. Силу этого своеобразного ядерного магнита характеризуют так называемым магнитным моментом ядра. Чем больше магнитный момент ядра, который обычно обозначают буквой тем сильнее сверхтонкое магнитное взаимодействие ядра с магнитным полем. В результате магнитного сверхтонкого взаимодействия ядерные энергетические уровни расщепляются на подуровни. Для изотопа железа Fe57 это расщепление изображено на рисунке 3.10.
Выше речь шла о мессбауэровских экспериментах по поглощению. В них детектор гамма- излучения (рис. 3.5) регистрирует ослабление пучка гамма-квантов в зависимости от относительной скорости источника и поглотителя. Кроме экспериментов по поглощению, выполняются эксперименты по резонансному рассеянию гамма-излучения. Резонансное рассеяние обычно называют резонансной флюоресценцией. В этом случае регистрируется зависимость числа резонансно рассеянных гамма-квантов от относительной скорости источника и поглотителя. Схема эксперимента по рассеянию и типичный мес- сбауэровский спектр рассеяния показаны на рисунках 3.12 и 3.13 (соответственно).
Выше говорилось о научных применениях эффекта Мессбауэра, в заключение приведем несколько примеров технического использования этого удивительного явления. В настоящее время созданы простые и портативные приборы для анализа содержания полезного ископаемого в руде с помощью эффекта Мессбауэра. Эти приборы помогают геологам искать полезные ископаемые. Конечно, речь идет о поиске соединений, содержащих в своем составе атомы мессбауэровского элемента. На рисунке 3.15 изображены приборы для поиска олоза в виде касситерита — Sn02. Принципиальная схема их работы такая же, как в описанных выше экспериментах (рис. 3.12), Приборы снабжаются набором стандартных источников мессбауэровского излучения, а в качестве рассеивателя или поглотителя используется исследуемый образец. По интенсивности резонансно рассеянного (поглощенного) излучения судят о процентном содержании в руде искомого минерала. Использование мессбауэровского рудоискателя ускоряет и облегчает поиски минералов, так как делает ненужным проведение сложного, а иногда и невозможного в полевых условиях химического анализа исследуемого минерала.
каждый в детстве почувствовал удивление, впервые увидев магнит. Не для всех это событие послужило толчком к размышлению о явлениях, происходящих в окружающем нас мире, как это было с Альбертом Эйнштейном, но, по-видимому, ощущение чуда сохранилось надолго.
Иссдедуя свойства электронов, протонов, нейтронов, ученые установили, что они являются микроскопическими магнитиками. Это свойство столь же присуще частицам, как масса или как за ряд — электрону и протону. Можем ли мы объяснить, почему электрон, протон и нейтрон — магнитики? Да, можем. Однако для объяснения необходимо углубиться в природу частиц.
Для того чтобы понять магнитные свойства макроскопических тел — кристаллов (это главная тема статьи), очень важно разобраться в том, как устроен атом того или другого вещества. Квантовая механика показывает, что электроны в атоме имеют не любую энергию, а находятся в определенных состояниях.
Кристалл — сравнительно простая конструкция. Атомы или молекулы сложены в нем в строго определенном порядке, бесконечно повторяя одну ячейку, в которой, как правило, всего несколько атомов. Магнитные свойства кристаллов существенно зависят от того, обладает ли магнитным моментом одна ячейка кристалла или нет. Если обладает, то такой кристалл называют парамагнитным, если нет — диамагнитным. В природе много тех и других.
Теперь нам известен строительный материал, из которого слежены магнитные тела. Это — атомы или молекулы с магнитными моментами, отличными от нуля.
ной температурой Кюри, а энергия kS(по порядку величины) равна энергии взаимодействия между соседними магнитными моментами. Формулу (2) тоже можно вывести, пользуясь законами классической физики. Это сделал французский ученый П.
Если парамагнетик был бы бесконечным, то все происходило бы так, как описано в предыдущем разделе: при понижении температуры ниже точки Кюри тело приобрело бы (спонтанно!) магнитный момент, который возрастал бы с понижением температуры.
В 30-х годах в Харькове группа молодых ученых под руководством Л. В. Шубникова обнаружила удивительные аномалии в поведении ряда веществ — хлоридов переходных элементов. Их теплоёмкость при некоторой температуре (характерной для каждого вещества) изменялась скачком, а магнитная восприимчивость имела при той же температуре максимум. За несколько лет до этого Л. Д. Ландау теоретически исследовал поведение системы магнитных моментов, обменное взаимодействие между которыми таково, что им выгодно располагаться антипараллельно. Он показал, что при определенной температуре (она потом получила название температуры Нееля On) в расположении магнитных моментов возникает определенный порядок.