Отрицательная спиновая температура

Это определение температуры распространяется и на квантовые системы, для которых энергетический спектр частиц меняется не непрерывно, а скачкообразно, отличаясь на величину кванта энергии. Для квантовых систем вводится понятие отрицательной абсолютной температуры , смысл которого состоит в следующем. Рассмотрим систему с только двумя уровнями энергии и 3. Примером такой системы является спиновая система. Спин — вращательный момент частицы, с которым связан магнитный момент частица, обладающая спином, ведет себя как элементарный магнетик, занимая во внешнем магнитном поле два возможных положения — с большей энергией и 6] — с меньшей. Применив формулу (1) для такой системы, определим статистическую температуру [c.7]

При облучении ВЧ-поле ориентируют вдоль оси х (во вращающейся системе координат), как это показано на рис. 9.1, в и 9.1, ж. Магнитная компонента ВЧ-поля стремится отклонить вектор М от направления оси г(Яо) и повернуть по направлению к оси у. В импульсном методе ЯМР этот процесс протекает очень быстро, приче в течение действия импульса какой-либо существенной релаксации не происходит. Импульс может быть приложен в течение заранее заданного промежутка времени (обычно от 1 до 100 мкс), для того чтобы повернуть вектор М на 90° (рис. 9.1, в). При увеличении длительности импульса в два раза вектор М может полностью изменить первоначальную ориентацию (рис. 9.1,ж). Если приложить 180°-импульс к равновесной системе ядерных спинов (М = Мо), то это приведет к отрицательной спиновой температуре, поскольку непосредственно после окончания действия импульса верхний энергетический уровень будет несколько более населен. [c.217]

Существование отрицательных спиновых плотностей в пирене недавно было подтверждено при исследовании спектров ядерного магнитного резонанса [41 ]. Величины химических сдвигов, исследованных при низкой температуре, пропорциональны константам сверхтонкого расщепления в спектрах ЭПР. Это показывает, что спиновая плотность в положениях 2 и 7 противоположна по знаку спиновой плотности в остальных положениях. Можно полагать, что этот метод окажется полезным для экспериментального определения спиновых плотностей. [c.275]

Электрон является элементарной частицей, имеющей отрицательный электрический заряд е = 1,602-10-1 Кл, массу покоя = = 9,11-10-31 кг максимальный размер электрона около 10-1 м. Электрон обладает спиновым моментом количества движения. Электроны испускаются из тел вследствие явления термоэлектронной эмиссии и при радиоактивных превращениях. Плотность тока термоэлектронной эмиссии катодов зависит от температуры согласно закону Ричардсона- Дэшмана [c.102]

Экспериментально знак спиновой плотности может быть определен по направлению сдвига линии протонов в ядерном магнитном резонансе (ЯМР). Сдвиг линии возникает за счет дополнительного магнитного поля, создаваемого неспаренным электроном в месте расположения ядра. Если спектр ЯМР наблюдается на фиксированной частоте, то положительно направленный у протона электронный спин сдвигает линию в низкие поля, отрицательно направленный — в высокие. Величина сдвига относительно протонов с нулевой спиновой плотностью на них пропорциональна величине эффективного магнитного поля электрона. Для систем, подчиняющихся закону Кюри, эта величина пропорциональна напряженности внешнего магнитного поля и обратно пропорциональна температуре. В дальнейшем эти вопросы будут более подробно рассмотрены на конкретных примерах. [c.18]

Когда ядро, имеющее ядерный квадрупольный момент (ядро со спиновым квантовым числом />1 см. второй раздел гл. 8 и рис. 8-1), находится в неоднородном электрическом поле, обусловленном асимметрией электронного распределения, такое квадрупольное ядро взаимодействует с электрическим полем, причем энергия взаимодействия различна для разных возможных ориентаций эллиптического квадрупольного ядра. Поскольку квадрупольный момент возникает вследствие несимметричного распределения электрического заряда в ядре, он является электрическим, а не магнитным моментом. Разрешенные ориентации момента квантованы, так же как квантуется энергия вращающегося электрона в положительном поле ядра. Ядро может иметь 21 + 1 ориентаций, которые описываются ядерным магнитным квантовым числом т, причем т может принимать значения /, /—1,. .., О,. .., —1 + 1, —Квадрупольный уровень энергии с наименьшей энергией соответствует ориентации, при которой наибольшая доля положительного заряда ядра находится ближе всего к наибольшему отрицательному заряду электронного окружения. Разность энергий при различных ориентациях не очень велика, и при комнатной температуре у группы молекул имеется распределение ориентаций. Если ядро сферическое (/=0 или /г) или если электронное окружение данного ядра является сферическим (как в С1 ), все ядерные ориентации эквивалентны и соответствующие квадрупольные состояния энергии вырождены. [c.340]

Интегральный эффект. Интегральный эффект ХПЯ или ХПЭ — это преимущественная ориентация ядерных спинов в продуктах реакции (или спинов неспаренных электронов в радикалах) в направлении внешнего поля или против него. Мерой интегрального эффекта химической поляризации может служить зеемановская энергия спинов, которая в термодинамическом равновесии отрицательна. Если в ходе химической реакции зеемановская энергия спина становится положительной, это означает, что в дальнейшем спиновая система может отдать накопленную в ней энергию. В этом случае на частоте магнитного резонанса спинов будет наблюдаться вынужденное излучение. Если же в ходе реакции зеемановская энергия спинов уменьшается, т. е. резервуар зеемановского взаимодействия спинов охлаждается, то для нагрева спиновой системы до температуры термостата нужно подвести дополнительно энергию. В этом случае в спектрах магнитного резонанса будут наблюдаться линии, отвечающие аномально большому поглощению. [c.89]

Очевидно, что для /<ега-протонов (а )набл складывается из двух положительных величин, а для орто- и мара-протонов — из двух величин с противоположными знаками. Если в жидком кристалле при понижении температуры под влиянием возрастающего взаимодействия с молекулами растворителя конфигурация ТФМ искажается таким образом, что уменьшаются углы поворота фенильных колец, то увеличиваются положительные спиновые плотности в орто- и /гара-положениях и отрицательная в лета-положениях. В результате а и Т г для всех положений возрастут цо абсолютной величине. [c.111]

Состояния, соответствующие отрицательной температуре, можно получить для спиновой системы, поместив ее в сильное постоянное магнитное поле, а затем быстро изменив направление поля на противоположное. Инверсия заселенности энергетических уровней (т. е. значение Гяд.сп<0) будет наблюдаться в течение времени порядка времени спин-решеточной релаксации. Постепенно система ядерных спинов примет температуру решетки Гяд.сп= 7 >0. [c.188]

Это явление хорошо известно в физике и привело к тому, что появилось выражение отрицательная температура . Ее можно представлять себе так ось температуры свернута в кольцо, и с ростом температуры мы в конце концов снова приближаемся к нулю, проходя через отрицательные температуры с убывающими абсолютными величинами. С учетом такой интерпретации обе упорядоченные текстуры (целиком параллельная и антипараллельная) спиновой решетки соответствуют температурам, близким к нулю одна отрицательной, а другая положительной. [c.213]

Так как термодинамика определяет температуру лишь для термодинамически равновесных систем, то это понятие применимо и к указанным равновесным состояниям спиновой системы. Однако во многих книгах по термодинамике и молекулярной физике можно вс 1 ре гит ь высказывания о том, чю состояния с отрицательными температурами—это [c.173]

Другой механизм переноса спиновой плотности на 5-орби-таль катиона состоит во внутрисферной спиновой поляризации или конфигурационном взаимодействии [21]. Этот механизм был выдвинут де Буром для объяснения его наблюдения, что некоторые катионы, образуя ионные пары с анион-радикалами пирацена, приобретают отрицательную спиновую плотность при низких температурах [21]. При понижении температуры колебания катиона относительно аниона уменьшаются и катион снова больше времени проводит вблизи узловой плоскости орбитали неспаренного электрона. В этом случае обсуждав- [c.204]

Если равновесные состояния с инверсной заселенностью энергетических уровней и, следовательно, с отрицательной абсолютной температурой можно получить юлько у необычных систем, которыми являю 1СЯ лишь спиновые системы, то стационарные неравновесные состояния с инверсной заселенностью уровней ожно непрерывной подкачкой создать и у обычных систем. Это осуществляется в таких усилительных установках, как мазеры. Эчень часто, говоря об инверсной заселенности энергетических ровней, употребляют понятие отрицательной абсолютной тем-лературы, однако это лишь условное терминологическое понятие, поскольку инверсная заселенность уровней еще не еС1Ь сосюяние отрицательной температурой. Необходимо, чтобы система находилась в равновесном состоянии при инверсной заселенности ровней, как это наблюдается в спиновых системах. [c.141]

Более 40 лет назад в результате изучения парамагнитной релаксации в кристаллах было установлено, что во многих случаях совокупность спиновых моментов можно выделить в отдельную, не обладающую пространс венными степенями свободы термодинамическую систему, характеризующуюся температурой, отличной от температуры образца. Особенностью этой спиновой системы является ограниченность спектра, чю приводит к возможности иахожде ШЯ ее как в равновесных состояниях с положительной, так и в равновесных состояниях с отрицательной термодинамической температурой (см. гл. 7). [c.173]

Эти величины очень хорошо согласуются с константами СТС, равными (+) 1,09, (—) 4,70 и (—) 2,06з, найденными непосредственно из спектра ЭПР отрицательного иона пирена в растворе при комнатной температуре. Исследование спектра протонного резонанса дает возлюжность определить знаки констант СТС. Из знаков констант СТС следуют два важных вывода константа Q в соотношении Мак-Коннела (разд. 6.4.3) отрицательна, и спиновая плотность я-электрона в а-положении в отрицательном ионе пирена также отрицательна. Оба результата ранее были предсказаны теоретически. [c.293]

Что же произойдет, если мы искусственно заселим верхний уровень большим числом частиц, чем нижний Нередки условия, при которых взаимодействие между спиновыми степенями свободы сильнее, чем между спинами и кристаллической решеткой. Заметим, что перейти с верхнего уровня на нижний без участия атомов тела невозможно. Пренебрегая взаимодействием спинов с решеткой, мы обрекаем спины примесных частиц на в некотором смысле изолированное суш,ествова-ние. Они могут успеть прийти в квазиравновесное состояние до того, как придут в состояние равновесия со всем твердым телом. Какая температура окажется у спинов, если в состоянии с большей энергией будет больше частиц, чем в состоянии с меньшей Как ни парадоксально, отрицательная] [c.342]

Исследования ТФМ в жидком кристалле [22—24] (см. гл. 1.5) показали, что в лета-положении фенильных колец п-электронная спиновая плотность отрицательна и конформация радикала изменяется с изменением температуры. Спектры ЭПР трифенилметила регистрировали в изотропной и жидкокристаллической фазах 4,4 -диметоксиазоксибензола. Константа СТВ (а абл) протонами в жега-положении в жидкокристаллической фазе монотонно возрастает с уменьшением температуры, тогда как с протонами в орто- и пара-положениях вначале уменьшается, проходит через минимум, а затем опять возрастает. Трифенилметильный радикал обладает аксиальной симметрией, поэтому при анализе спектров ЭПР было использовано уравнение [c.110]

Некоторые экспериментальные данные приведены в табл. 5. В основном они согласуются со сформулированными выше принципами в частности, для ионных пар цезия и анион-радикалов пирацена и нафталина обнаружены ожидаемые отрицательные сдвиги. Отрицательный сдвиг для ионной.пары рубидия и нафта-ленид-иона уменьшается при понижении температуры [23], что согласуется с усилением диссоциации ионных пар при охлаждении. Данные по хинонам подтверждают оба сформулированных выше принципа. Однако в ионных парах с различными хинонами [55, 57] цезий дает лишь незначительный отрицательный сдвиг по сравнению со значением, характерным для свободного иона. Натриевые и калиевые ионные пары обнаруживают нормальный отрицательный инкремент, так что можно с уверенностью ожидать, что цезий оказывает меньшее влияние на спиновую плотность на кислороде. Было высказано предположение [56], что малый положительный сдвиг является прямым следствием большого значения константы спин-орбитального взаимодействия для [c.226]

Адиабатное размагничивание спиновой системы при отрицательной температуре нагревает систему, а не охлаждает, как нри но. южительной температуре. [c.146]

Как показывают исследования методом ЯМР [33] комплексообразование сульфида с ацетилацетонатом меди сопровождается вхождением сульфида в аксиальную плоскость Си , без заметного переноса электронной плотности с атома серы на ион меди. Комплекс неустойчив и при комнатной температуре почти полностью диссоциирован. При взаимодействии u lj с сульфидом происходит уширение и сдвиг в слабое поле сигналов протонов а-метиленовых групп в спектре ПМР Ни а- и Р-углеродных атомов в спектре ЯМР С. Большая спиновая плотность на протонах Hj-rpynn свидетельствует о наличии плоского комплекса с экваториально расположенными сульфидными лигандами. В этом случае происходит эффективное взаимодействие полузаполненной d i 2 -орбитали меди с 3/ -орбиталью серы. При комплексообразовании является акцептором, а сульфид - донором электронов, с сульфида переносится 0.4 электрона на ион меди. В итоге эффективный заряд на меди получается отрицательным (-0.24), т.е. частично восстанавливается. Комплекс относительно непрочный время жизни молекулы в координационной сфере порядка 10 ° с, энтальпия образования 21 кДж МОЛЬ . [c.219]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология