Влияние низкотемпературныхособенностей неупорядоченныхсистем на поперечную ядернуюрелаксацию и эффект Мессбауэра тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ АКАДЕМИИ НАУК ГРУЗИИ

РГ5 ОД

I. Г 1Н 'г На правах рукописи

Топчишвили Гиоргий Леванович

Влияние низкотемпературных особенностей неупорядоченных систем на поперечную ядерную релаксацию и эффект Мессбауэра

01.04.07 — физика твердого тела и квантовых жидкостей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико — математических наук

Тбилиси - 1997

Работа выполнена в Институте Физики АН Грузии

Научные руководители:

академик АН Грузии |Л.Л.Буишвили, канд. физ. —мат. наук Л.Ж.Захаров

Эксперт: доктор физ. — мат.наук З.Саралидзе

Официальные опоненты:

доктор физ. — мат.наук, профессор Ю.Мамаладзе доктор физ. —мат.наук, профессор М.Звиададзе

Защита диссертации состоится

-

XV

_____".1997

года, в " -^"'.час. на заседании дисертационного совета РИМ 01.04.CN1 при Институте Физики АН Грузии.' Адрес: 380077, г.Тбилиси, ул. Тамаришвили, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Физики АН Грузии

Автореферат разослан

30

".1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ. —мат.наук /у

Г. Н. Сурамлишвили

Общая характеристика работы

Диссертационная работа посвящена исследованию влияния низкотемпературных особенностей неупорядоченных систем на температурную зависимость эффекта Мессбауэра и скорость ядерной поперечной релаксации. Также изучено влияние добавочной плотности колебательных состояний (ПКС) на величину температурного множителя Дебая — Валлера.

Актуальность проблемы

В последнее время большой интерес вызывают свойства неупорядоченных систем (таких, как спиновые стекла, аморфные металлы, суперионные проводники, а также широкий класс аморфных соединений, относящихся к диелектрическим стеклам) при низких температурах. В подобных системах были обнаружены аномальные температурные зависимости теплоемкости и теплопроводности (Т~1К), не описываемая в рамках теории Дебая.

Для описания аномальных свойств неупорядоченных систем была предложена модель двухуровневых туннелирующих систем (ДУС). Согласно последней, атом может находиться в двухямном потенциале, переходы между двумя состояниями которого происходят с помощью туннелирования ядра из одного положения равновесия в другое. Положение атома в двухямном потенциале можно описывать псевдоспином V .

Аномальные свойства неупорядоченных систем проявляются

также и при более высоких температурах (Т~10К). Природа этих особенностей еще не до конца ясна и проявляется в наличии добавочной плотности колебательных состояний (ПКС), которая в максимуме превышает дебаевскую ПКС в 2 —6 раз для различных образцов при этой энергии.

Исследование влияния вышеописанных низкотемпературных особенностей на эффект Мессбауэра и скорость поперечной релаксации может оказаться важным для понимания процессов, протекающих в неупрядоченных системах.

Цель работы

Основной целью работы является:

Исследование влияния ДУС и добавочной ПКС на температурные зависимости вероятности безотдачного процесса и времени ядерной поперечной релаксации.

Научная новизна работы

1. Исследовано влияние ДУС на

а) вероятность эффекта Мессбауэра,

б) скорость ядерной поперечной релаксации.

2. Исследовано влияние добавочной ПКС на

а) вероятность эффекта Мессбауэра,

б) температурный множитель Дебая — Валлера.

Практическая ценность

Полученные температурные зависимости вероятности

эффекта Мессбауэра, температурного множителя Дебая —Валлера и скорости ядерной поперчной релаксации могут быть использованы для проверки теории добавочной ПКС и ДУС.

Апробация работы

Основные результаты были доложены на I — ой и II — ой Соросовских конференциях студентов и аспирантов в г.Тбилиси (1995 и 1996 гг. соответственно), семинарах в Институте Физики АН Грузии и Тбилиском Государственном Университете им. И.Джавахишвили, в городском отделении Абастуманской астрономической обсерватории АН Грузии.

Краткое содержание диссертации

Диссертационная работа состоит из двух глав. В первой главе приводится литературный обзор, касающийся теоретических и экспериментальных работ, посвященных изучению низкотемпературных особенностей неупорядоченных систем.

В 1.1 рассматриваются основные экспериментальные работы, в которых наблюдались особенности в свойствах аморфных стекол при температурах ~ 1К. Подобные особенности хорошо описываются в рамках теории туннельных двухуровневых систем, поэтому в том же параграфе приведены £е основные положения.

В 1.2 рассматриваются особенности аморфных стекол при температурах Т~10К, проявляющиеся в наличии добавочной плотности колебательных состояний в спектрах неупорядоченных систем. Т.к. природа добавочной ПКС еще не совсем ясна, то в 1.2 приведены только экспериментальные факты. Основным из которых можно считать то, что форма добавочной ПКС описывается логнормальной функцией.

Во второй главе исследуется влияние ДУС и добавочной ПКС на некоторые свойства неупорядоченных систем. В 2.1.1 получена температурная зависимость вероятности безотдачного процесса в предположении, что Мессбауэровское ядро находится в ДУС.

Как известно, величина эффекта Мессбауэра зависит от среднеквадратичного отклонения ядра от положения равновесия <и2>. С учетом того факта, что ядро может находиться в двух положениях равновесия, вероятность безотдачного процесса зависит от произведения вкладов ДУС и фононов. Причем, при Т«1К, преобладающим будет вклад ДУС в полную вероятность безотдачного процесса. Рассчеты, проведенные для всех Мессбауэровских ядер, приведены в Таблице 1.

В 2.1.2. аналогичным образом рассматривается влияние добавочной ПКС на температурную зависимость эффекта Мессбауэра. Полученный интеграл, описывающий вклад бозонного пика (добавочной ПКС) в вероятность безотдачного процесса не решался в элементарных функциях, и поэтому были проведены численные расчеты для наиболее часто используемых

Мессбауэровских ядер 1г193 , Аи197 и Ей153.

В 2.2 исследовалась скорость ядерной поперечной релаксации, обусловленная взаимодействием ядер с парамагнитными центрами, в предположении, что парамагнитный центр находится в ДУС. Время Т2 поперечной релаксации было рассчитано с помощью метода статистического неравновесного оператора Зубарева.

Помимо эффекта Мессбауэра величина <и2> входит также в формулу, определяющую температурный множитель Дебая — Валлера. Поэтому, в 2.3 изучено влияние добавочной ПКС на температурную зависимость фактора Дебая — Валлера для АР.

Основные результаты

Основные результаты диссертации состоят в следущем: 1 . Изучено влияние ДУС на вероятность эффекта Мессбауэра. Показано, что при низких температурах (Т~1К) температурная зависимость вероятности безотдачного процесса при выполнении условий квТ , Л^ , е0 « Етах, определяется именно ДУС — ами. 2. Изучено влияние добавочной ПКС на вероятность эффекта Мессбауэра и величину температурного множителя Дебая — Валлера. Показано, что влияние бозонного пика в спектрах неупорядоченных систем выражается в увеличении показателя температурной зависимости <и2> с 2 до 2.5 — 2.7 и должно проявляться при измерениях фактора Дебая —

Валлера и эффекта Мессбауэра.

3. С помощью метода неравновесного статистического оператора Зубарева рассчитана скорость поперечной ядерной релаксации, при условии, что парамагнитные центры могут находиться в ДУС. Показано, что в области температур Г~ 1К, скорость поперечной релаксации будет определяться ДУС —ами. Полученная температурная зависимость последней аналогична наблюдаемой экспериментально.

Публикации

1. Буишвили АЛ., Захаров Л.Ж., Топчишвили ГЛ., Тугуши А.И., Эристави Д.А. // Эффект Мессбауэра в неупорядоченных системах, содержащих туннельные двухуровневые системы. ЖЭТФ, 1994, т. 106, вып. 5(11), с.1436-1438.

2. Буишвили Л.Л.,Захаров Л.Ж., Кахниашвили И.Н.,Топчишвили Г.Л, Влияние особенностей низкоэнергетического спектра колебательных состояний неупорядоченных систем на величину вероятности эффекта Мессбауэра и температурного множителя Дебая-Валлера. ЖЭТФ, 1997, т.111, вып.2 , с.759-762.

3. Буишвили Л.Л., Буишвили Т.Л., Захаров Л.Ж.,Лепсверидзе Р.Л.,Топчишвили Г.Л. // Ядерные релаксации, обусловленные находящимися в двухуровневых системах парамагнитными примесями. ФТТ, 1997, т.39, N7, с.59-61.