Профессор кафедры теоретической физики Казанского государственного университета Борис Иванович Кочелаев является наиболее известным представителем Казанской физической школы, созданной С.А. Альтшулером, и одним из ведущих специалистов в мире в области динамики спиновых систем.

Б.И. Кочелаев поступил на физико-математический факультет Казанского университета в 1952 году после окончания средней школы в Вятских Полянах (Кировская область). Свою научную деятельность под руководством С.А. Альтшулера он начал будучи студентом, а затем аспирантом (1957-1960 г.г.) кафедры экспериментальной и теоретической физики. После успешной защиты кандидатской диссертации в Харьковском университете, с 1960 г. по настоящее время Б.И. Кочелаев является сотрудником кафедры теоретической физики Казанского университета - ассистентом, доцентом, профессором, в течение 27 лет (1973-2000) он заведовал кафедрой.

Научная работа Б.И. Кочелаева в 60-70-ые годы была посвящена изучению специфических особенностей спектра возбуждений парамагнитного кристалла, обусловленных спин-фононным взаимодействием. Он разработал теорию релаксационного поглощения и резонансной дисперсии гиперзвука в парамагнитной среде, косвенного спин-спинового взаимодействия парамагнитных ионов через электроны проводимости в полупроводниках и через поле фононов в диэлектриках, ядерной релаксации вследствие электронных спин-спиновых взаимодействий при сверхнизких температурах, исследовал роль дисперсии спектра колебаний кристалла в эффекте Яна-Теллера, вычислил параметры связанных спин-фононных колебаний и установил условия их возникновения. Выполненное совместно с Л.К. Аминовым исследование взаимодействия парамагнитных центров через поле фононов с учетом эффектов запаздывания оказало существенное влияние на развитие теории явлений, обусловленных взаимодействием локализованных электронов через поля статических и динамических деформаций кристаллической решетки.

Существенную роль в выборе направлений исследований Б.И.Кочелаева сыграла его двухсеместровая стажировка (1963 г.-1964 г.) в Гарвардском университете (США), где он под руководством будущего лауреата Нобелевской премии по физике профессора Н. Блумбергена решил задачу о влиянии спиновой поляризации электронов проводимости и их корреляций на косвенное обменное взаимодействие парамагнитных примесей в металлах. Докторскую диссертацию "Теория динамических эффектов в парамагнитных кристаллах" Б.И. Кочелаев защитил в Казанском университете в 1967 г.

Следующий период научной деятельности Б.И. Кочелаева был посвящен исследованиям нелинейных явлений в парамагнитных твердых телах, подверженных воздействию электромагнитного поля СВЧ диапазона, света, гиперзвука. Была построена теория кинетических явлений в системе взаимодействующих спинов и фононов в твердых телах на основе концепции спиновой температуры. На основе этой теории удалось, в частности, объяснить экспериментально обнаруженное лавинообразное нарастание излученных резонансных фононов при насыщении крыла линии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и особенности распространения гиперзвука в резонансной неравновесной парамагнитной среде. Была также построена теория рассеяния света с переворотом спина парамагнитных ионов в кристаллах и дано теоретическое объяснение экспериментально обнаруженного явления сверхрассеяния света при насыщении крыла линии ЭПР. Б.И. Кочелаев предсказал эффект релаксационного поглощения звука и его гигантское усиление СВЧ полем, впоследствии этот эффект был обнаружен в лаборатории Магнитной Радиоспектроскопии Казанского университета.

Вместе со своими учениками Б.И. Кочелаев построил теорию электронного парамагнитного резонанса и спиновой релаксации в так называемых холодных сверхпроводниках с парамагнитными примесями. Было выяснено, что спиновая динамика и магнитные свойства указанных веществ решающим образом определяются двумя явлениями: образованием коллективных спиновых колебаний сверхпроводящих электронов и парамагнитных примесей и возникновением дальнодействующих антиферромагнитных корреляций между парамагнитными примесями. На основе развитой теории удалось объяснить всю совокупность необычных свойств сигнала ЭПР в холодных сверхпроводниках, впервые экспериментально наблюденного группой Э.Г. Харахашьяна в Казанском физико-техническом институте.

С конца 80-х годов научные интересы Б.И. Кочелаева сосредоточены в одной из наиболее "горячих" областей современной физики твердого тела - в физике сильно коррелированных электронных систем. После открытия в 1986 году швейцарскими учеными К.А. Мюллером и Дж. Беднорцем высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), Б.И. Кочелаев включился в исследования этого уникального явления. Природа высокотемпературной сверхпроводимости оказалась очень сложной, и для ее изучения многие мировые научные центры привлекли большой арсенал современных физических методов, включая магнитный резонанс. ВТСП-материалы представляют собой слоистые оксиды меди, в которых основными структурными элементами, ответственными за сверхпроводимость, являются плоскости CuO₂. Поэтому многие лаборатории предприняли большие усилия для исследования спиновой кинетики ионов меди этой плоскости, но безуспешно, поскольку сигнал ЭПР оказался ненаблюдаем. Измерить скорость релаксации намагниченности удалось лишь благодаря идее Б.И. Кочелаева использовать когерентность спиновой релаксации ионов меди и парамагнитных зондов в плоскости CuO₂, возникающую вследствие сильных изотропных обменных взаимодействий между ионами меди и зонда. Эта идея была успешно реализована в совместной работе с группой проф. Б. Элшнера в Дармштадском университете. Экспериментальные исследования на основе этого метода были продолжены в Цюрихском университете группой К.А. Мюллера. Исследования в рамках совместного научного проекта Института Физики Цюрихского университета и кафедры теоретической физики Казанского университета позволили выявить природу необычно быстрой электронной спиновой релаксации и предложить модель обнаруженного фазового расслоения на наноразмерные металлические и диэлектрические области в плоскости CuO₂.

Открытие высокотемпературной сверхпроводимости в слоистых купратах, в которых важную роль играют флуктуации антиферромагнитного обменного взаимодействия между ионами меди, вызвало повышенный интерес к исследованиям низкоразмерных магнетиков. Б.И. Кочелаев вместе со своим учеником С.И. Беловым построил теорию магнитных и кинетических свойств двумерных гайзенберговских антиферромагнетиков на основе представлений о спиновых волнах в среде с топологическими возбуждениями - скирмионами. Новый подход позволил определить в рамках единого приближения длину спиновой когерентности, магнитную восприимчивость, скорость ядерной спиновой релаксации для температурного диапазона, включающего как классическую ренормированную, так и квантовую критическую области.

В работах Б.И. Кочелаева, выполненных совместно с группой проф. Лойдла и д-ра Круг фон Нидда в последние годы, была исследована роль кооперативного эффекта Яна-Теллера в электронной спиновой кинетике и построена теория этого эффекта в веществах, обладающих гигантским магнетосопротивлением.

Выполненные Б.И. Кочелаевым исследования по теории ядерной и электронной спин-решеточной релаксации, теории спектров магнитного резонанса в диэлектриках, металлах и сверхпроводниках приобрели мировую известность. Настоящая книга является свидетельством признания его научных достижений и подтверждением глубокого уважения со стороны его многочисленных учеников и коллег.

Мы искренне благодарны авторам статей за плодотворное сотрудничество. Мы признательны Р.Г. Деминову и Л.А. Ваккасовой за помощь при работе над рукописями, а также всем, кто принимал участие в издании этого сборника.

 

Малкин Б.З.

Прошин Ю.Н.

Казань, март 2004 года