Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Изучение анизотропного сверхтонкого взаимодействия в парамагнитных кристаллах методом гамма-резонансной спектроскопии

Диссертация: Изучение анизотропного сверхтонкого взаимодействия в парамагнитных кристаллах методом гамма-резонансной спектроскопии
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последнее время появился ряд работ /1−11/, посвященных исследованию зависимости сверхтонкой структуры (СТС) мессбауэровс-ких спектров в парамагнетиках от внешнего магнитного поля. Большой интерес к этим исследованиям объясняется следующими обстоятельст вами. При испускании (поглощении) месебауэровских W-квантов ядрами парамагнитных ионов, наряду с изменением состояния ядра, в общем случае может… Читать ещё >

Изучение анизотропного сверхтонкого взаимодействия в парамагнитных кристаллах методом гамма-резонансной спектроскопии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава I. Исследование СТС мессбауэровских спектров ядер Ре в парамагнетиках. ДО
    • 1. 1. Особенности проявления СТС мессбауэровских спектров в парамагнетиках
    • 1. 2. Спиновый гамильтониан для парамагнитного иона Ре^+. ХЗ
    • 1. 3. Механгош релаксации электронного спина
    • 1. 4. Обзор экспериментальных работ
  • Глава II. Методика проведения измерений и обработки экспериментальных результатов
  • ПД Методика эксперимента
  • П. 2 Методика приготовления образцов
  • П.З Обработка экспериментальных результатов на ЭВМ
  • Глава III. Влияние слабых магнитных полей на СТС мессбауэровских спектров парамагнитного монокристалла rftftffy)^ '?/?0-' fe5+
    • 111. I Введение
  • Ш. 2 Стабилизация спектра изотропного дублета в слабых внешних магнитных полях
  • Ш. З Влияние поперечных компонент СТВ. 4j
  • Ш. 4 Проявление электронного зеемановского взаимодействия в спектрах СТС и его зависимость от величины и направления внешнего магнитного поля
  • Ш. 5 Роль слабых хаотических магнитных полей в формировании СТС спектра анизотропного дублета
  • Глава 1. У. Анизотропия магнитного СТВ и спин-решеточная релаксация иона в метмиоглобине
    • 1. У
  • Введение
    • 1. У.2 Теоретическая модель анизотропии СТВ и спин-решеточной релаксации иона Fe^+ в метмиоглобине
    • 1. У.З Зависимость спектров СТС иона в метмиоглобине от направления внешнего магнитного поля
    • 1. У.4 Температурная зависимость мессбауэровских спектров метмиоглобина

В последнее время появился ряд работ /1−11/, посвященных исследованию зависимости сверхтонкой структуры (СТС) мессбауэровс-ких спектров в парамагнетиках от внешнего магнитного поля. Большой интерес к этим исследованиям объясняется следующими обстоятельст вами. При испускании (поглощении) месебауэровских W-квантов ядрами парамагнитных ионов, наряду с изменением состояния ядра, в общем случае может произойти и изменение состояния электронной оболочки. Если при этом на ион действует магнитное поле, то изменение зеемановской энергии электронной оболочки находит свое отражение в спектрах СТС.

Это физическое обстоятельство влечет за собой по меньшей мере два нетривиальных следствия.

Первый класс явлений может быть условно назван «эффектом стабилизации» /1,2/, суть которого сводится к следующему. Даже в отсутствие внешнего магнитного поля на парамагнитный ион действуют слабые хаотические магнитные поля (Hr ^ I — 10 Гс), источником которых являются магнитные моменты соседних ядер и ионов. В результате спектр СТС (или его часть) оказывается «размытым» хаотическими полями. Если поместить образец в магнитное поле Н — 100 Гс, когда энергия зеемановского взаимодействия электронной оболочки с этим полем становится много больше энергии сверхтонкого взаимодействия, то чувствительность к хаотическим полям исчезает и ранее размытый спектр предстает в виде четкой структуры. Внешнее магнитное поле образует такую систему уровней, в которой разрешенными мессбауэровскими переходами являются переходы без изменения состояния электронной оболочки, и зеемановское расщепление в спектрах СТС проявиться не может.

Второй класс явлений относится к возможности «прямого» наблюдения электронного зеемановского расщепления в спектрах СТС.

Имеются в виду такие ситуации, когда в мессбауэровских спектрах появляются в четкой форме новые линии (Zлинии) заметной интенсивности, выходящие за пределы интервала скоростей, характерного для типичных спектров иона Fe3+. Такие случаи возможны для парамагнитных ионов в монокристаллах с резко анизотропным сверхтонким взаимодействием (СТВ) при наложении специальным образом подобранного по величине и направлению внешнего магнитного поля. Экспериментально Zлинии впервые наблюдались в работах /6,7/.

В настоящей работе исследование 2 -линий было продолжено с целью более подробного выяснения зависимости параметров этих линий от величины и направления внешнего поля. Результаты измерений оказались несколько неожиданными. Параметры спектров совершенно не укладывались в рамки простых теоретических моделей и для своего объяснения потребовали учета слабых хаотических магнитных полей Ну. При этом роль последних оказалась качественно иной, чем в эффекте стабилизации. Оказалось, что в данной ситуации хаотические поля не размывают Zлинию, а вызывают своеобразную трансформацию ее формы и ограничивают ее «подвижность» .

В последнее время мессбауэровские исследования, наряду с другими спектроскопическими методами (ЭПР, ЯМР), приобретают все большее значение при изучении биологических молекул. Анализ мес-сбауэровских спектров и их зависимости от внешнего магнитного поля и температуры позволяет получить более детальную информацию об электронной структуре ионов железа, входящих в различные биологические соединения. Особый интерес представляет изучение парамагнитной релаксации на основе анализа мессбауэровских спектров.

Цель настоящей диссертационной работы состояла в систематическом исследовании влияния слабых магнитных полей (как внешних, так и внутрикристаллических), а также процессов спин-решеточной релаксации на мессбауэровские спектры парамагнитных монокристаллов, обладающих анизотропным сверхтонким взаимодействием.

Были поставлены следующие задачи:

1. Исследование зависимости спектров СТС в монокристалле нитрата алкя линия //((N03)3 • т&я? с резко анизотропным сверхтонким взаимодействием от величины и направления внешнего магнитного поля.

2. Построение эффективного спинового гамильтониана и моделирование на его основе расчетных спектров с целью объяснения особенностей проявления электронного зеемановского взаимодействия в мессбауэровеких спектрах.

3. Исследование зависимости спектров СТС в метмиоглобине от температуры и от ориентации внешнего магнитного поля относительно плоскости гема,.

4. Построение модели релаксационного процесса и моделирование расчетных спектров на ЭШ с целью получения параметров спин-решеточной релаксации иона железа в метмиоглобине.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Анализ зависимости положения и формы дополнительных линий (Zлиний), обусловленных проявлением электронного зеемановского взаимодействия, от величины и направления внешнего магнитного поля указывает на своеобразную роль хаотических магнитных полей в формировании СТС спектров монокристалла нитрата алюминия. Наличие этих полей приводит к своеобразной «стабилизации» положения Zлинии и к ее специфической форме.

2. Сложный процесс формирования Zлиний определяет необычную для спектроскопии зависимость их положения от величины внешнего магнитного поля.

3. Специфический характер расщепления компонент спектра кра-мерсова дублета с изотропным тензором С ТВ может быть объяснен с помощью механизма влияния поперечных компонент СТВ.

4. Предлагается независимый метод определения ориентации плоскости гема в биологических молекулах на основе использования зависимости спектров СТС в метмиоглобине от направления внешнего магнитного поля.

5. Анализ зависимости мессбауэровских спектров СТС в метмиоглобине от температуры на основе четырехуровневого представления электронной оболочки иона железа позволил восстановить температурную зависимость параметров релаксации электронного спина.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, в котором кратко изложены основные результаты работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Сформулируем основные результаты настоящей диссертации.

1. Проведены детальные исследования зависимости СТС мессбауэро-вских спектров ядерFe в монокристалле / при температуре 4,2К от величины и направления внешнего магнитного поля JT (//^ 350 Гс).

2. Анализ зависимости положения и формы дополнительных линий (z? —линий), обусловленных электронным зеемановским взаимодействием, от величины и направления поля М показал, что существенную роль в формировании СТС спектров нитрата алюминия играют слабые хаотические магнитные поля. Сложный процесс формирования 2 -линий определяет необычный для спектроскопии характер зависимости их положения от величины внешнего магнитного поля.

3. Характер расщепления компонент спектра нитрата алюминия, относящихся к крамерсову дублету с изотропным СТВ, в поле // объяснен влиянием поперечных компонент СТВ.

4. Подробно исследованы мессбауэровские спектры ядер в парамагнитном монокристалле метмиоглобина в интервале температур 4,2 -г 40 К и в полях Н? 200 Гс. Предложен независимы! метод определения ориентации плоскости гема в биологических молекулах.

5. Исследована температурная зависимость спектров СТС в метмиоглобине. Проведен детальный анализ полученных данных в рамках четырехуровневого представления электронной оболочки иона г- ^ ге при учете однофононных процессов.

Установлена температурная зависимость параметров релаксации в метмиоглобине. Сделан вывод об анизотропии тепловых колебаний лигандов в метмиоглобине.

В заключение приношу благодарность академику И. К. Кикоину за постоянный интерес и внимание к данной работе.

Хочу выразить глубокую благодарность и признательность своему руководителю С. С. Якимову за интересную тему диссертации и внимательное руководство на протяжении всей работы.

Искренне благодарю А. М. Афанасьева за постановку теоретических задач и неоценимую помощь в интерпретации экспериментальных результатов.

Я глубоко признателен В. М. Черепанову за большую помощь в проведении эксперимента и за плодотворное обсуждение полученных результатов.

Благодарю В. Я. Гончарова, Л. В. Инжечика, С. Н. Чармосова, В. А. Чапланова и М. А. Поликарпова за помощь и моральную поддержку при выполнении данной работы.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.M., Каган Ю. Стабилизация СТС линии Мессбауэра в парамагнетиках в малом внешнем поле. Письма в ЖЭТФ, 1968, т. 8, с. 620−624.
  2. В.Д., Лукашевич И. И., Скляровский В. В., Цицкишвили К. Ф., Филиппов Н.И. Обнаружение эффекта стабилизации57
  3. СТС трехвалентного Ре в корунде слабым внешним магнитным полем. Письма в ЖЭТФ, 1968, т. 8, с. 625−628.
  4. Oosterhuis W., De Benedetti S., Lang Q. Magnetic hyperfine structure in the Mossbauer spectra of K^FeCdOg. Phys. Lett., 1968, v. 26A, pp. 214−216.
  5. A.M., Горобченко В. Д., Дежи И., Лукашевич И. И., Филиппов Н. И. Влияние слабых магнитных полей на парамагнитную СТС мессбауэровской линии в Pe(cio4>3. ЖЭТФ, 1972, т. 62,1. J& 2, с. 673−683.
  6. С.С., Зарубин В. Н. Исследование анизотропии СТВ во.монокристаллическом al (no3)3.9h2o: FeJ. Письма в ЖЭТФ, 1973, т. 18, В 10, с. 641−646.
  7. Afanas" ev A.M., Yakimov S.S., Zarubin V.l. :Zeeman electronicsplitting in the absorption spectra of Mossbauer 2^-rays in single-crystal AL (N03)3.9H20: Fe3+. J. Phys. C, 1975, 6, L368-L376.
  8. A.M., Зарубин В. Н., Якимов С. С. Мессбауэровские спектры СТС парамагнитных ионов Ре3+ в слабых магнитных полях. ЖЭТФ, 1976, т. 70, JS 5, с. 1957−1969.
  9. Knudsen J.Б.-Mossbauer spectroscopic studies of the magnetic hyperfine interaction in the ferric hexaquo complex in frozen aqueous solutions. J. Phys. Chem. Solids, 1977,8, pp.883−896.
  10. Knudsen J.E. Mossbauer spectroscopic studies of PeCHgO) in amorphous frozen solutions at weak appleid magnetic fields,
  11. J. Phys. Chem. Solids, 1980, ?!., pp. 545−550.
  12. Harami T. Mossbauer spectroscopic studies of ferric myoglobin single crystals in a small appleid magnetic field. J. Chem. Phys., 1979, 21″ 3, PP. 1309−1318.
  13. Hess J., Levy A. Response of Mossbauer spectrum of paramagnetic Pe-3"1″ in AlgO^ to nuclear dipole fields. Phys. Rev. B, 1980, 22, 11, PP. 5068−5078.
  14. Mossbauer R.L. Kernresonanz fluoreszenz von gammastrahlung in Ir-191. Z. Phys., 1958, Bd151, H2, pp. 124−143.
  15. Г. Эффект Мессбауэра. Пер. с англ. М., «Мир», 1966.
  16. B.C. Резонанс гамма-лучей в кристаллах. М., «Наука», 1969.
  17. В.И., Макаров Е. Ф. Основы гамма-резонансной спектроскопии. В кн.: Химические применения мессбауэровской спектроскопии. Под ред. В. И. Гольданского, Р. Х. Гербера, Пер. с англ. М., «Мир», 1970, с. 9−94.
  18. С.М., Кузьмин Р. Н., Опаленко А. А. Ядерный гамма резонанс. М., Изд-во МГУ, 1970.
  19. И.П. Динамические эффекты в гамма-резонансной спектроскопии. М., Атомиздат, 1979.
  20. А., Елини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Пер. с англ. М., «Мир», 1972.
  21. С.А., Козырев Б. М. Электронный парамагнитный резонанс. М., «Наука», 1972.
  22. A.M., Каган Ю. К теории сверхтонкой структуры линии Мессбауэра. ЖЭТФ, 1963, т. 45, с. 1660−1677.
  23. Ю. Афанасьев A.M. Уширение и сдвиг ядерной линии (линии Мессбауэра) в ферромагнетике. ЖЭТФ, 1964, т. 47, с. II08-II22.
  24. Bradford Е., Marshall W. Mossbauer absorption in the presence of electron spin relaxation. Proc. Phys. Soc., 1966, 82″ 557, pp. 731−743.
  25. Gabriel H., Bosse J., Bander K. Mossbauer spectra in the presence of electron spin relaxation. Phys. Stata Solids, 1968, 21, 1, pp. 30>312.
  26. Wegener H. Uber die Hyperfeinstrukturaufspaltung der Mossbauer strahlung Zeitlich fluktuierende Magnetfelder. Z. Phys., 1965, Bd186, 5, ss. 498−512.
  27. Wickman H.H., Klein M.P., Shirley D.A. Paramagnetic hyperfine structure ana relaxation effects in Mossbauer spectra Iron. Phys. Rev., 1966, 12, 1, pp. 345−355.
  28. Clauser M.J., Blume M. Stochastic theory of line shape. Phys. Rev. B, 1−971, 1, 3, pp. 583−591.
  29. Clauser M.J. Relaxation effects in spectra: eigenvalue treatment of superoperators. Phys. Rev. B, 1971, 2″ 11″ pp. 3748−3761.
  30. Blume M. Stochastic theory of line shape: generalization of the Kubo-Anderson model. Phys. Rev., 1968, 174″ 2, pp. 351 358.
  31. A.M., Горобченко В. Д. 0 форме мессбауэровских спектров в пределе быстрой релаксации. ЖЭТФ, 1974, т. 66, № 4, с. 14 061 417.
  32. Wertheim G.K., Remeika J.K. Mossbauer effect hyperfine structure of trivalent Pe in corund. Phys. Lett., 1964, 10, 1, pp. 14−15.1. ЯЯ1. ng J., Asakura I., Yonetani T. Magnetic hyperfine interaction in dilute hemin. Phys. Rev. Lett., 1970, 18, pp. 981−983
  33. Viccaro P.J., De S. Barrous P., Oosterhuis W.T. Paramagnetic•3. .
  34. T?eJ in LiAltjOgj magnetic field effects in the Mossbauer spectrum. Phys. Rev. B, 1972, 11, pp. 4257−4264.
  35. Shenoy J.K., Dunlap B.D. Mossbauer relaxation line shapes in the presence of complex hyperfine interactions. Phys. Rev. B, 1976, 12″ 3, pp. 1353−1356.
  36. Oosterhuis W. O!., Lang G. Mossbauer effect in K^PeCCN)^
  37. Phys. Rev., 1969, Ш" 2″ PP" 439−457.
  38. И.П., Афанасьев A.M., Плачинда А. С., Гольданский В.И.,
  39. Е.Ф. Изучение спин-решеточной релаксации по сверхтонкой структуре мессбауэровских спектров Ре-3"1″. ЖЭТФ, 1968, т. 55, Jfc 5, с. 1752−1762.
  40. И.П., Корнеев В. В., Крупянский Ю. Ф. Влияние слабого магнитного поля на СТС мессбауэровских спектров в парамагнетиках с неаксиальной симметрией кристаллического поля. ЖЭТФ, 1969, т. 57, Jfc 2, с. 439−444.
  41. Wickman H.H., Klein P., Shirley D.A. Paramagnetic resonance3+of Fe-' in polyerystalline ferricrome A. J. Chem. Phys., 1965, 12, 6, pp. 2113−2117.
  42. A.M., Горобченко В. Д. К теории «вырожденных» мессбауэровских спектров сверхтонкой структуры мессбауэровской линии в парамагнетиках. ЖЭТФ, 1971, т. 60, с. 283−297.
  43. Wickman Н.Н., Wertheim G.K. Mossbauer hyperfine spectra of Fe^+ in corundum. Magnetic- and crystal-field effects. Phys. Rev., 1966, 148. 1, pp. 211−220.
  44. В.И., Русаков B.C., Якимов С. С. Программа обработки мессбауэровских спектров. Препринт ИАЭ-2541, 1975.
  45. С.Г., Силин И. Н. Нахождение минимумов функционалов методом линеаризации. Препринт ОИЯИ, Д810, 1961.
  46. И.Н. Стандартная программа для решения задач методом наименьших квадратов. Препринт ОИЯИ, 11−3362, 1967.
  47. А.А., Миляев В. А. Процессы парамагнитной релаксации1. Э Iв монокристаллах А1 (N03)3.90: Fe при гелиевых температурах. ЖЭТФ, 1970, т. 58, № 3, с. 796−799.
  48. Ю.В., Ангелов И. И., Чистые химические вещества. М., «Химия», 1974.
  49. Herpin P., Sudarsanan К. Structure cristalline du nitrate d* aluminium hydrate. Bull. Soc. Franc. Miner. Cryst., 1965, 88, pp. 595−601.
  50. Parak F., Formanek H. Untersuchung des Schucindungsanteils und des Kristallgitterfehleranteies des lemperaturfactors in Myoglobin durch Vergleich. Acta Cryst., 1971, A2?, pp. 573−578.
  51. Kendrew J.C., Parrish A.G. The crystal 'Structure of myoglobin 211. Sperm whale myoglobin. Proc. Roy. Soc., 1956, A238.pp. 305−324.
  52. Thomanek V, P., Parak P., Pormanek S., Kalvius G.M. Mossbauer and susceptibility experiments on different compounds of Pe-*+ myoglobin. Biophys. Struct. Mech., 1977, 2, pp. 207−227.
  53. A.M., Оншценко Э. В. К теории мессбауэровских спектров при наличии спин-спиновой релаксации. ЖЭТФ, 1978, т. 74, № 3, с. III5-II25.
  54. Lang G., Marshall W. Mossbauer effect in some haemoglobin compounds. Proc. Phys. Soc., 1966, 8?, pp. 3−34.
  55. Scholes C.P., Isaacson R.A., Yonetani Т., Peher G. Electron spin relaxation in some high spin ferric proteins. Biochim. Biophys. Acta, 322, 1973, pp. 457−464.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!