Развитие последовательной теории эффекта насыщения спектров магнитного резонанса с учетом спектральной диффузии

Руководитель: К.М. Салихов
Исполнители: М.М. Бакиров, Р.Т. Галеев, И.Т. Хайруждинов

Впервые развита последовательная теория насыщения спектров ЭПР парамагнитных частиц со спином ½ с учетом спектральной диффузии, вызванной спиновым обменом и химическим обменом. Получена форма спектра ЭПР для произвольного распределения резонансных частот спинов.

Проведен детальный анализ эффекта насыщения для двух модельных систем: системы с двумя частотами и системы с гауссовым распределением частот. Впервые теоретически показано, что в условиях насыщения спектров СВЧ поле не только уширяет, но также изменяет частоту резонансов коллективного движения спинов. Также теория предсказывает, что в насыщающих СВЧ полях явление обменного сужения спектров наступает при более высокой скорости спектральной диффузии по сравнению с ситуацией, когда спектр наблюдается в условиях линейного отклика. Для изученных модельных систем найдено условие обменного сужения спектров в условиях эффекта насыщения.

Предложены алгоритмы для определения времени спин-решеточной релаксации из анализа спектров ЭПР в условиях насыщения спектров при наличии спектральной диффузии.

Экспериментально исследован эффект насыщения спектра ЭПР растворов нитроксильного радикала ТЕМПОЛ, одного из типичных спиновых зондов, которые широко применяются в химии и биофизике. Детальный анализ полученных экспериментальных данных проведен на основе общего выражения для формы спектров ЭПР при произвольных мощностях СВЧ поля, которое было получено в нашей работе. Для изученной системы из анализа эффекта насыщения спектра было определено время спин-решеточной релаксации. Полученное время хорошо согласуется со временем спин-решеточной релаксации для ТЕМПОЛа, полученным импульсным методом. 

Публикации: 

1. K.М. Salikhov. Features of the Spectrum Saturation Effect When the Spectral Diffusion Operates: System with Two Frequencies. Applied Magnetic Resonance, v.49, N11, 1417-1430 (2018)
   DOI:10.1007/s00723-018-1074-2) 
   
   
2. К.М. Салихов, И.Т. Хайруждинов. Теоретическое исследование эффекта насыщения спектра ЭПР с учетом спектральной диффузии в системе с гауссовским распределением резонансных частот спинов. ЖЭТФ, 155, выпуск 3(принята в печать)

II. Физические науки, направление 08