Обменное взаимодействие при бимолекулярных столкновениях парамагнитных частиц вызывает ряд процессов: декогеренцию спинов со скоростью V_ex=K_exC (C-концентрация радикалов, K_ex – константа скорости декогеренции), перенос квантовой когерентности (отдача) от партнера по столкновению (V_ex,sct = K_ex,sctC ≡q V_ex) и перенос энергии. Если эти процессы происходят с одинаковой скоростью (q=1), то спиновый обмен называют эквивалентным. Благодаря отдаче спиновой когерентности при случайных столкновениях формируются коллективные моды движения намагниченности спинов. И в эксперименте проявляются резонансные частоты возбуждения именно этих коллективных мод. В 2025 году был проведен детальный анализ проявления неэквивалентности спинового обмена в форме спектров ЭПР.

Для иллюстрации на рис.1 приведены рассчитанные резонансные частоты и их уширение, вызванные спиновым обменом для раствора радикалов с одним магнитным ядром.

Из рисунка 1 можно сделать следующие заключения:

• Коллапс спектра ЭПР наступает при условии равенства скорости отдачи квантовой когерентности начальному расщеплению двух линий в спектре ЭПР, q K_exC=а.
• В случае неэквивалентного спинового обмена эффект обменного сужения спектра может и не проявляться. На кривых справа видно, что в отличие от ситуации эквивалентного обмена (кривые слева на рис.1), в условиях коллапса спектра обе линии продолжают уширяться с ростом V_ex. В случае неэквивалентного спинового обмена в условиях коллапса спектра одна из линий уширяется с меньшим наклоном, чем другая (ср. рис.1а,1б).

Публикации:

1. К. M. Salikhov. Appl. Magn. Reson. 56, 1077–1097 (2025).
2. К.M. Salikhov. Appl. Magn. Reson. 56, 1099–1130 (2025).
3. I. T. Khairutdinov, K. M. Salikhov, M. M. Bakirov, R. B. Zaripov. Appl. Magn. Reson. 56, 1145-1153 (2025).

Исследования проводились в рамках выполнения госзадания ФИЦ КазНЦ РАН «Разработка физических основ, материалов и элементной базы квантовых оптических и спиновых технологий», руководитель А.А. Калачев, №125031903980-3.  

Приоритетные направления ПФНИ: 1.3.2.2 Структурные исследования конденсированных сред, связь структуры и свойств; 1.3.2.3. Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры, спинтроника.