Диссертация (1103627), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Однакополученные в экспериментальных работах [4, 69 - 72] значения периодаосцилляций J(R) оказались намного выше теоретически рассчитанных.Вместе с тем короткий период осцилляций наблюдался в уже упоминавшейсяработе [3], в которой приведены первые результаты исследования Fe/Cr/Feобразцов со слоем хрома в форме клина и толщиной клина, изменяющейся отнуля до нескольких монослоев.
О наличии короткого периода осцилляциймагнитных свойств свидетельствуют также экспериментальные данные,полученные в работах [87, 88] для Fe/Mo/Fe (001) и Co/Cu/Co (001) систем.Экспериментально обнаруженные периоды осцилляций обменноговзаимодействия между ФМ слоями через немагнитную прослойку были35корректно объяснены в работах [89, 90], в которых было рассмотрено какРККИ-взаимодействие между ферромагнитными слоями через немагнитныйслой, так и наличие QWSs в изучаемой тонкопленочной системе.В целом проведенный анализ теоретических и экспериментальныхрезультатовисследованияфизическихсвойствнизкоразмерныхтонкопленочных магнитных систем, существующих к моменту началавыполнения данной диссертационной работы, показал следующее.
Несмотряна огромный накопленный теоретический и экспериментальный материал,изучение магнитных свойств тонкопленочных магнитных структур попрежнему представляет научный и практический интерес. При этомзаслуживающей внимания проблемой является экспериментальный анализвлияния толщины и состава магнитных и немагнитных слоев (МС и НМС) намагнитополевое поведение и магнитные свойства ТПМС. Очевидно, что длякорректного решения этого вопроса требуется изучение двух - (МС/НМС) итрехслойных(МС/НМС/МС)образцов,посколькувмногослойныхструктурах наличие большого числа интерфейсов, как правило, усложняетинтерпретацию экспериментальных данных.1.5 МагнитохимияМагнитохимия – раздел физической химии, в котором изучается связьмежду магнитными и химическими свойствами веществ, а также влияниемагнитных полей на химические реакции [91].
Проблема влияния магнитногополя на химические реакции была затронута еще Фарадеем в середине19 века. Постепенно этот вопрос был распространен на многие областихимии, однако в основном наблюдаемые эффекты были сравнительнонебольшими и не имели даже качественного объяснения. В настоящее времябольшинство изученных и объясненных эффектов относятся к областиспиновой химии.Спиновая химия – новая область современной химии, основанная на36фундаментальном законе: спин электронов и ядер в адиабатическиххимических реакциях строго сохраняется.
Разрешены только те реакции,которые не требуют изменения спина. Другими словами, все химическиереакции являются спин-селективными, то есть они разрешены только длятаких спиновых состояний реагентов, у которых полный спин одинаков соспином продуктов, и полностью запрещены, если спин реагентов не равенспину продуктов.В отличие от запрета по энергии (он появляется, когда энергияреагентов меньше энергетического барьера реакции), который реакция умеетпреодолевать через туннелирование под барьером, запрет по спинунепреодолим.Изменитьспинмогутнехимическиемагнитныевзаимодействия. Только они способны преобразовать спин-запрещенные(нереакционноспособные) состояния реагентов (например, радикальных пар)всостоянияспин-разрешенные(реакционноспособные).Магнитныевзаимодействия, будучи ничтожно малыми по энергии, переключают каналыреакции, то есть в зависимости от стартового состояния реагентов открываютзакрытые каналы и, напротив, закрывают открытые (разрешенные).Фактически они предопределяют новый, магнитный сценарий химическихреакций [91, 92].Химически идентичные, но различающиеся спином интермедиаты –предшественники продукта реакции – обладают разной, зависящей от спина,реакционнойспособностью.Этаспиноваяселективностьявляетсяисточником так называемых двух поколений магнитных эффектов [93 - 99].Среди них наиболее известным эффектом является влияние магнитного поляна радикальные реакции [96].
Величина влияния подобного типа очень мала.Оно характеризуется отношением энергий сверхтонкого взаимодействия итепловой энергии. Эффекты, связанные со спиновой химией, достаточнохорошо изучены [99].37Как раздел науки спиновая химия сформировалась тогда, когда былоустановлено, что в ходе элементарных химических актов состояние спиновможетизменятьсяи,чтоособенноважно,былинайденыпутицеленаправленного влияния на движение спинов в ходе элементарныххимических процессов, а также возможности спинового, магнитногоконтроля химических реакций. Решающую роль сыграли открытия такихявлений, как химическая поляризация электронных и ядерных спинов (1967),влияние внешнего магнитного поля на радикальные реакции (1972) имагнитный изотопный эффект в радикальных реакциях (1976).
Существенното, что эти эффекты возникают благодаря движению спинов в элементарномхимическом акте. Таким образом, стало ясно, что в элементарныххимических актах присутствует не только молекулярная динамика, но испиновая динамика. Спиновая динамика играет в элементарных химическихактах двоякую роль. С одной стороны, спиновая динамика активно влияет намеханизм и кинетику реакции. Проявляется это, например, в эффектахмагнитного поля и в магнитном изотопном эффекте, что открываетвозможность спинового, магнитного контроля химических реакций.
С другойстороны, спиновая динамика очень чутко реагирует на молекулярнуюдинамику элементарного химического акта. Последнее обстоятельствопозволяет решать обратную задачу: из экспериментальных данных поспиновой динамике получить информацию о весьма тонких деталяхмолекулярной динамики элементарного химического акта.
В этом смыслеисследование спиновой динамики стало одним из важных методов изучениямеханизма химических реакций и молекулярной динамики элементарныххимических актов. Оба проявления спиновой динамики - как фактора,управляющего химическим превращением, так и аккумулятора информациио молекулярной динамике, то есть о движении системы вдоль координатыреакции - неразрывно связаны. Поэтому, когда говорят о спиновой химии как38о разделе науки, имеют в виду всю совокупность проявлений спиновойдинамики в элементарных химических актах.Спиновая химия зародилась и развивается на стыке химическойкинетики и радиоспектроскопии. Основными направлениями исследований вобласти спиновой химии являются следующие:а) влияние внешних магнитных полей на химические реакции;б) магнитный изотопный эффект;в) спиновый катализ;г) поляризация ядерных спинов в ходе элементарных химическихактов;д) развитие новых (косвенных) высокочувствительных методоврегистрации спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)короткоживущих промежуточных состояний в ходе химических реакций.Такаявозможностьпоявляетсяблагодарятому,чтопеременныесверхвысокочастотные магнитные поля влияют на спиновую динамику спинкоррелированных пар.
Это влияние носит резонансный характер при частотепеременного поля, совпадающей с частотой перехода между спиновымиуровнями радикальных пар (РП).Первое наблюдение эффекта влияния внешнего магнитного поля нарадикальные реакции и его физическая интерпретация были получены в1972 году. Изучалась реакция пентафторбензилхлорида с бутиллитием вгексане [95]. В [95] было обнаружено, что наблюдаемый эффект обусловлендинамикойспинов неспаренныхэлектроноврадикаловвовнешнеммагнитном поле и в локальном магнитном поле, создаваемом магнитнымиядрами. Этот результат свидетельствовал о возможности управлять выходомпродуктов с помощью внешнего магнитного поля.39Отметим несколько очень интересных эффектов внешнего магнитногополя, которые непосредственно связаны со спиновой динамикой наэлементарных стадиях физико-химических процессов.Тушение атомов позитрония во внешнем магнитном поле [92].
Атомпозитрония - это связанное состояние электрона и позитрона. Суммарныйспин позитрония может быть 0 или 1. Синглетный и триплетный позитронийимеют разное время жизни по отношению к процессу аннигиляции. Вовнешнем магнитном поле за счет разницы зеемановских частот электрона ипозитронапроисходятпозитронийизсинглет-триплетныедолгоживущеготриплетногопереходы.Всостояниярезультатепереходитвкороткоживущее синглетное состояние и происходит тушение позитрония.Этооченьнапоминаетситуацию,котораяимеетместовспин-коррелированных радикальных парах.Авакян П.
и Меррифилд Р. исследовали влияние внешнего магнитногополя на триплет-триплетную аннигиляцию экситонов в молекулярныхкристаллах [93]. При столкновении двух триплетных экситонов возможенперенос энергии с образованием одной синглетно-возбужденной молекулы.Образовавшаяся таким образом возбужденная молекула высвечивает квантсвета,ивэкспериментерегистрируетсяименноэтазадержаннаяфлуоресценция. Физика магнитного полевого эффекта для этого процессасвязана с тем, что два триплетных экситона встречаются в состояниях ссуммарным спином S = 0, 1 или 2.
Только пара триплетных экситонов с S = 0дает задержанную флуоресценцию. Но если при встрече двух экситоновпроисходит спиновая динамика, т.е. осуществляются переходы междусостояниями с S = 0, 1, 2, то в итоге в задержанную флуоресценцию могутдать вклад все столкновения, включая столкновения с разными значениямисуммарного спина в момент сближения экситонов друг к другу. Насколькоэта спиновая динамика окажется эффективной, зависит от напряженности40внешнего магнитного поля. Формально схема влияния внешнего магнитногополянааннигиляциютриплетныхэкситонованалогичнаситуациирекомбинации радикальных пар.
Основное отличие состоит в том, чтоаннигиляция триплетных экситонов - это еще не химическая реакция, причемв случае триплетных экситонов и в случае радикалов эффективны разныемагнитные взаимодействия.Еще один важный результат был получен Франкевичем Е. Л. ссоавторами.Ониоткрыливлияниевнешнегомагнитногополянафотопроводимость молекулярных кристаллов [94]. Суть эффекта состоит вследующем. При поглощении кванта света создается экситон - в данномслучае связанное состояние электрона и дырки. В дальнейшем происходиттермическая диссоциация экситона, появляются носители тока - электрон идырка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
