Спины-акробаты на льду
Хорошо известно, что атомы, расположенные на поверхности твердого тела или жидкости, находятся в особом положении по отношению к атомам в объеме того же вещества. Физическим отражением этого факта является наличие полей, нарушающих центральную симметрию. В магнитных материалах это может быть сильно неоднородное магнитное поле, в диамагнитных - электрическое. Последнее может достигать гигантских величин 1010-1011 В/м и локализовано в одноатомном слое. Оно стимулирует процессы, вероятность которых в обычных условиях мала. Так, превращение орто-молекул водорода со спином 1 в пара-молекулы со спином 0 значительно ускоряется в молекулах, адсорбированных на поверхности льда [1].
Как полагают авторы [1], сильное неоднородное электрическое поле, возникающее на границе льда, смешивает электронные состояния с разной четностью посредством эффекта Штарка и существенно увеличивает спин-орбитальное взаимодействие, которое обычно слишком мало для того, чтобы спиновая конверсия была вероятным процессом.
Экспериментальные исследования в сверхвысоком вакууме при низких температурах методом десорбционной спектроскопии показали, что количество ортомолекул водорода, адсорбированных на поверхности аморфного льда, со временем уменьшается, в то время как число парамолекул растет. Измеренные величины характерных времен превращения для молекул водорода составляют сотни, а для молекул дейтерия – тысячи секунд.
Таким образом, поверхность аморфного льда служит катализатором спиновой конверсии посредством электрического поля, создаваемого атомами поверхности. Эта концепция может впоследствии позволить управлять намагниченностью ядер с помощью внешнего электрического поля. Кроме того, поскольку лед можно найти даже в межзвездном пространстве, этот эффект может внести существенные коррективы в интерпретацию данных по относительному содержанию орто- и парамодификаций водорода в межзвездных молекулярных облаках, являющимся важным параметром при изучении процессов образования звезд.
1. T.Sugimoto, K. Fukutani, Nature Phys., advance online publ., 30 Januay 2011