Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР - Патент РФ 2051378
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: используют в качестве активного элемента магнитноупорядоченные соединения, содержащие квадрупольные ядра. Регистрируют спектр ЯКР этих ядер. Для линий, обусловленных переходами ± m → ± (m+1) во внутреннем магнитном поле, где m магнитное квантовое число, определяют резонансные частоты и отношение интенсивностей. С учетом данных параметров судят о температуре. 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2051378
Класс(ы) патента: G01N24/00, G01K7/32
Номер заявки: 5021151/25
Дата подачи заявки: 09.01.1992
Дата публикации: 27.12.1995
Заявитель(и): Пермский государственный университет им.А.М.Горького
Автор(ы): Айнбиндер Н.Е.
Патентообладатель(и): Пермский государственный университет им.А.М.Горького
Описание изобретения: Изобретение относится к физике и технике сверхнизких температур (микро- и миллиградусной области абсолютных температур), и может найти применение в научном эксперименте, например, при исследовании сверхпроводимости.
Известен способ измерения сверхнизких температур до 1 К, основанный на радиоспектроскопических методах, в частности на стационарном и импульсном методах ЯМР измерения намагниченности ядерной спин-системы активного элемента, содержащего магнитные ядра, путем измерения амплитуд сигналов ЯМР и их зависимости от температуры по закону Кюри [1] Термометры, основанные на этом способе измерений, является вторичными термометрами, работающими в миллиградусном диапазоне (до 10 мК). Точность измерения по такому способу и, следовательно, чувствительность термометров (ΔТ/Т) невелика, что связано с погрешностями измерения амплитуд сигналов, зависящих от многих факторов.
Наиболее близким к изобретению является способ измерения сверхнизких температур в микро- и миллиградусном диапазоне, включающий измерения амплитуд и резонансных частот сигналов ядерного квадрупольного резонанса активного элемента, содержащего квадрупольные ядра с большими полуцелыми спинами и помещенного в слабое магнитное поле [2] В кристаллических образцах внешнее магнитное поле вызывает расщепление энергетических уровней и появление в спектрах ЯКР дублетных сигналов, измерение амплитуд и частот которых позволяет определять температуру. В качестве активных элементов использовались: металлическая сурьма Sb и монокристаллический ICl.
Основным недостатком указанного способа является относительная сложность и недостаточная точность измерений. Сложность известного способа связана с необходимостью использования стабилизированного постоянного внешнего магнитного поля для создания тонкой структуры спектров ЯКР, величина которого определяется диапазоном частот ЯКР активного элемента, наблюдаемыми резонансными переходами, гиромагнитным отношением и спином квадрупольного ядра. Кроме того, способ измерения температуры связан с необходимостью измерения величины внешнего магнитного поля в случае использования поликристаллических образцов и угловой ориентации поля в случае применения в качестве активного элемента монокристаллов. Измерение этих параметров вносит значительную погрешность в определение величины температуры.
Задачей изобретения является разработка такого способа измерений сверхнизких температур, который бы наиболее просто позволил повысить точность и расширить диапазон измерений.
Задача достигается тем, что согласно способу измерения сверхнизких температур, включающему измерения резонансных частот и интенсивной линий спектра ядерного квадрупольного резонанса активного элемента, в качестве активного элемента используют антиферромагнитные соединения, содержащие квадрупольные ядра, на которых наблюдают спектры ЯКР, измеряют резонансные частоты и отношения интенсивностей линий спектра ЯКР, обусловленных переходами ±m _→ ±(m + 1) во внутреннем магнитном поле, где m магнитное квантовое число, и по полученным значениям судят о величине температуры.
К антиферромагнитным соединениям, содержащим квадрупольные ядра, на которых наблюдаются спектры ЯКР, относятся металлооксидные соединения, которые ниже температуры Нееля проявляют магнитоупорядоченные свойства, т. е. в них имеются внутренние магнитные поля, расщепляющие спектр ЯКР с полуцелым спином большим или равным 3/2. Например, в купрате лантана La2CuO4 на ядрах меди и лантана действуют внутренние магнитные поля, создаваемые электронными оболочками атомов меди и исчезающие при температуре выше 245 К. На ядрах 139La (спин 7/2) при низких температурах действует внутреннее магнитное поле 1000 Э, которое приводит к расщеплению энергетических уровней Δ νm и появлению тонкой структуры спектров.
На фиг. 1 представлены энергетические уровни квадрупольных ядер со спином 7/2 во внутреннем поле (Нвн≠0) и частоты ν+-m_→-(m+1)и ν-m_→(m+1) линий спектра, по которым определяется величина температуры.
На фиг. 2 показан вид спектра, по частотам и интенсивностям линий, обусловленных переходами -m_→-(m+1) и m_→(m+1), определяют температуру. При сверхнизких температурах (Т << 1 К) отношение интенсивностей линий ν+ и ν- определяется по формуле
e · где I+ и I- интенсивности линий спектра с частотами ν+ и ν-, соответственно; к константа Больцмана; h постоянная Планка. Расщепления Δ νm определяются по измеренным частотам спектра.
На фиг. 3 показаны графические температурные зависимости отношений интенсивностей линий для переходов ±m_→±(m+1)в случае использования в качестве активного элемента La2CuO4. Кривая 1 отношение интенсивностей I2:I3, соответствующих частотам ν2 и ν3; 2 I6:I5; 3 I8:I7. Для расчета по приведенным формулам использованы резонансные частоты ЯКР νi, полученные при 1,3 К ν1 5,34; ν2 5,71; ν3 7,72; ν4 8,10; ν5 12,59; ν6 12,82; ν7 19,01; ν8 19,26 МГц.
Использование отношений интенсивностей близких по резонансным частотам линий позволяет избежать необходимости калибровки усиления спектрометра, поддерживать стабильность в широком диапазоне частот, регистрировать оба сигнала одной радиочастотной катушкой, что не требует внесения поправок. В данном способе отпадает такая операция, как определение величины и ориентации внутреннего магнитного поля, которые одинаковы для всех кристаллитов. При этом существенно повышается точность измерения Т, которая зависит лишь от точности измерения резонансных частот и отношения интенсивностей линий дублетов. Из графиков фиг. 2 видно, что рабочим диапазоном измерения температуры является участок линейной зависимости отношения интенсивностей от Т, которые различаются при использовании разных дублетов как по местоположению в шкале температур, так и по ширине диапазона. Варьирование диапазона измеряемых температур может быть осуществлено путем использования в качестве активного элемента других соединений как из класса металлооксидных соединений, так и других типов магнитоупорядоченных веществ с внутренним магнитным полем. Могут быть использованы следующие уже исследованные методом ЯКР соединения: La2NiO4, La2CO4, Bi2CuO4 и др. Объемы веществ, требующихся для получения сигналов ЯКР с достаточно высоким значением отношения сигнал/шум при сверхнизких температурах, составляют порядка 1-10-3 см3.
Формула изобретения: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР, включающий измерения разонансных частот и интенсивностей линий спектра ядерного квадрупольного резонанса активного элемента, отличающийся тем, что в качестве активного элемента используют магнитоупорядоченные соединения, содержащие квадрупольные ядра, на которых наблюдают спектры ЯКР, измеряют резонансные частоты и отношения интенсивностей линий спектра ЯКР, обусловленных переходами ± m _→ ± (m+1) во внутреннем магнитном поле, где m магнитное квантовое число, и по полученным значениям судят о величине температуры.