Моделирование сверхизлучения и процессов коллективной спиновой динамики

• Автор: Харебов, Петр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Глава 1. Феноменологическое описание коллективных процессов

1.1 Процессы сверхизлучения

1.2 Модифицированное уравнение Блоха в присутствии обратной связи

1.3 Уравнение для поля обратной связи

1.4 Приближенное решение феноменологических уравнений

1.5 Обсуждение результатов численного моделирования

1.6 Выводы.

Глава 2. Микроскопическое описание.

2.1 Микроскопическая модель системы
2.2 Уравнения движения.
2.3 Дипольное излучение спиновых систем
2.4 Численный метод
2.5 Обсуждение результатов моделирования микроскопических эффектов.
2.6 Роль дипольдипольных взаимодействий на больших временах. Вращающаяся система координат
2.7 Выводы.
Глава 3. Коллективная динамика в наномагнетиках
3.1 Наномагнетики
3.2 Микроскопическое описание
3.3 Обсуждение результатов.
3.4 Наложение внешних полей, детекторы.
3.5 Выводы.
Глава 4. Описание коллективного движения спинов с помощью
уравнений ЛандауЛившица.
4.1 Ферромагнитные наноточки
4.2 Общее описание задачи.
4.3 Высокочастотная магнитодинамика однодоменных частиц в присутствие резонатора. Базовая система уравнений.
4.4 Выбор безразмерных параметров.
4.5 Числовые оценки материальных параметров.
4.6 Обсуждение результатов
Заключение.
Список литературы


Моделирование коллективной динамики спиновых систем на основе феноменологических уравнений, основанных на модифицированных уравнениях Блоха. Изучение сверхизлучательного поведения системы ядерных или электронных спинов при различных параметрах модели. Исследование режимов спиновой динамики и условия, при которых они возникают. Построение микроскопической модели сверхизлучения без введения феноменологических времен релаксации, но с учетом дипольных спин-спиновых взаимодействий. Численное моделирование релаксации в высоко поляризованных спиновых системах. Исследование роли дипольных взаимодействий для различных пространственных конфигураций спиновых систем. Исследование способов управления коллективной динамикой с помощью дополнительных внешних полей. Исследование влияния неоднородного уши-рения на коллективное поведение поляризованной системы. Моделирование когерентной динамики в наномагнетиках. Моделирование коллективных процессов при различных геометриях спиновых систем, в том числе гексагональных молекулах, слоях. Моделирование сверхизлучения в ферромагнетиках на основе уравнения Ландау-Лившица с учетом дипольных взаимодействий. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и одного приложения. Возможность СИ импульса в присутствии резонатора обоснована при качественном изучении блоховских уравнений. В эти уравнения входят два феноменологических времени релаксации: время спин-решеточной релаксации Т1 и время спин-спиновой релаксации . Из анализа уравнений Блоха, следует, что так называемое радиационное время задержки сверхизлучения тк меньше времени спин-спиновой релаксации Т2. Из неравенства тк < Т2 вытекает условие на порог начальной поляризации, которая должна быть достаточно велика. Сразу отметим, что в обычных экспериментах по магнитному резонансу имеют дело с очень маленькими поляризациями. Поэтому сама идея о возможности свсрхизлучения в диполь-ных спиновых системах почти не известна специалистам в области ЯМР и ЭПР. Существует следующая аналогия между сверхизлучением в спиновых системах и оптической суперфлюоресценцией. В оптических системах, которые были изначально инвертированы, излучение на начальном этапе вызывается флуктуациями вакуумного поля. В поляризованных спиновых системах роль вакуумных флуктуаций играют тепловые флуктуации внутри образца и в катушке; последние бывают обычно намного сильнее. Корреляция между атомами в оптике обусловлена их взаимодействием с обычным полем излучения. В спиновых системах, связанных с резонансной катушкой, корреляция спинов вызвана их взаимодействиями через обычную резонансную цепь. Таким образом, эти взаимодействия играют роль поля излучения. В разделе 1. Блоха. Были найдены условия, при которых сверхизлучение возможно. Если критерии сверхизлучения выполняются, длительность процесса затухания меньше, чем все другие времена релаксации. Результаты наших численных экспериментов подтверждают предсказания о возможности сверхизлучения, впервые сделанные Бломбергеном и Паундом на основе фундаментальных соображений Дике. Теоретические рассмотрения радиочастотного сверхизлучения ранее были выполнены с использованием феноменологических уравнений Блоха. Последние рассматривают всю систему как единый объект, имеющий один полный магнитный момент. По этой причине уравнения Блоха не способны описать особенности когерентных эффектов, происходящих в реальных спиновых системах. Во второй главе проводится численное моделирование когерентных эффектов в поляризованных спиновых системах на основе микроскопической модели без введения феноменологических времен релаксации, но с учетом дипольных спин-спиновых взаимодействий. Такие подходы, основанные на реалистических гамильтонианах с явными диполь-дипольными взаимодействиями, являются обычными методами исследования в теории ядерного магнитного резонанса [1, ]. Мы применяем аналогичный подход для исследования сверхизлучения в дипольных спиновых системах. Рис. Рассматривается система из N спинов, на которую действуют постоянное внешнее магнитное поле #0, направленное вдоль оси Ог и магнитное поле резонатора, индуцируемое вращающимися спинами системы Н.