Спиновая температура — имеющая размерность температуры парциальная характеристика подсистемы спинов . Широко используется для описании свойств электронных и ядерных парамагнетиков во внешнем магнитном поле .

Согласно ГОСТ IEC 60050-113-2015 температура есть характеристика степени свободы микрочастицы ( электрона , атома , молекулы и т. д.) , то есть для неравновесной системы «…можно ввести в рассмотрение много различных температур, …отвечающих разным энергетическим потокам. Например, можно ввести температуры трансляционных и спинорных движений, температуру радиационных излучений и т. д.» . При равенстве температур всех степеней свободы, имеющем место в состоянии термического равновесия в термодинамической системе, говорят просто о температуре системы .

Описание

Применительно к твёрдым телам понятие спиновой температуры отражает тот факт, что ядерные спины связаны друг с другом дипольными магнитными взаимодействиями гораздо сильнее, чем с кристаллической решёткой . В соответствии с концепцией спиновой температуры исходят из допущения, что в системе взаимодействующих спинов устанавливается состояние квазиравновесия ( спин-спиновая релаксация ), достигаемое за время, существенно меньшее времени спин-решёточной релаксации . Это состояние характеризуют посредством спиновой температуры, которая во внешнем магнитном поле за счёт разницы времён релаксации может отличаться от температуры кристаллической решётки . После того, как спиновая система придёт в равновесие с решёткой, их температуры сравняются. Используя понятие спиновой температуры, можно вычислить спин-решеточные времена релаксации для произвольных ядерных спинов и произвольных магнитных полей .

Во внешнем магнитном поле происходит расщепление уровней энергии парамагнитных частиц на магнитные подуровни ( эффект Зеемана ), инверсной населённости которых (достигаемой за счёт накачки спиновой подсистемы энергией) соответствует отрицательная по шкале Кельвина спиновая температура.

В определённых условиях одну и ту же физическую систему можно одновременно характеризовать несколькими спиновыми температурами (например, зеемановской и спин-спиновой ) .

В магнитоупорядоченных системах ( ферромагнетиках и антиферромагнетиках ) в качестве аналога спиновой температуры выступает эффективная температура подсистемы магнонов .

Историческая справка

Казимир и дю Пре (1938) были первыми, отметившими применительно к электронному магнетизму важность выделения спиновых степеней свободы в отдельную термодинамическую подсистему со своей характеристической температурой , а и Парселл (1948) распространили понятие спиновой температуры на ядерный магнетизм .

См. также

• Магнон
• Отрицательная абсолютная температура

Примечания

Литература

• Абрагам А. Ядерный магнетизм / Пер. с англ. — М. : Изд-во иностр. лит-ры, 1963. — 552 с.
• Абрагам А., Гольдман М. Ядерный магнетизм: порядок и беспорядок. Том 1 / Пер. с анл. — М. : Мир, 1984. — 302 с.
• Гольдман М. Спиновая температура и ЯМР в твердых телах / Пер. с англ. — М. : Мир, 1972. — 344 с.
• Жилин П. А. Рациональная механика сплошных сред. — 2-е изд. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2012. — 584 с. — ISBN 978-5-7422-3248-3 .
• Показаньев В. Г., Скроцкий Г. В., Якуб Л. И. Дипольное магнитное упорядочение в ядерных спин-системах (рус.) // Успехи физических наук. — 1975. — Т. 116 , № 3 . — С. 485—515 .
• Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров . — М. : Большая Российская энциклопедия , 1994. — Т. 4: Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — 704 с. — ISBN 5-85270-087-8 .