Равновесная намагниченность
Cтраница 2
К-вход в то время как сигнал, пропорциональный углу поворота электромагнита р, подается на Х - вход координатного самописца; график звисимости Т () получается автоматически. Если приложено достаточно большое Н и равновесная намагниченность в пленке находится в насыщении, вращающий момент, стремящийся установить М, параллельной Н компенсируется моментом Т - дЕц / бфц, возникающим из-за анизотропии формы ( Ек - энергия анизотропии, разд. A u sin 2 Р Такиу образом, после калибровки прибора, если известна толщина пленки ( так кчк сигнал пропорционален также объему образца), Ки вычисляется по величине амплитуды экспериментальной кривой. Так как при измерениях на пленках возникают очень малые вращающие моменты ( менее 10 - 2 дин см), необходимо использовать очень чувствительные приборы. Величина Н может быть выбрана достаточно большой, чтобы подавить рябь намагниченности, поэтому рябь не оказывает влияния на измерения. [16]
Уравнения Блоха позволяют достаточно просто описать основные экспериментальные данные: 1) Если направления намагниченности и магнитного поля в исходный момент не совпадают, то намагниченность совершает прецессию относительно направления магнитного поля. Спустя достаточно длительный промежуток времени после воздействия возбуждения в системе устанавливается равновесная намагниченность, компонента Мг которой вдоль направления магнитного поля равна М0, а поперечная компонента намагниченности, перпендикулярная направлению внешнего магнитного поля, равна нулю. [17]
 |
Схема спиновой системы твердого тела. [18] |
Возникающая-за время г С TI намагниченность пропорциональна упорядоченности дипольной системы и по величине меньше равновесной намагниченности Мо - Уменьшение намагниченности в зависимости от времени ожидания характеризуется постоянной времени TID, называемой временем спин-решеточной релаксации дипольной подсистемы. [19]
 |
Поперечная намагниченность М / во вращающейся системе координат как функция разности Дш и разложение вектора М, , на его компоненты.. / и Мг. [20] |
Аналогичные соотношения получены для Мж и соответственно для My и Мх в неподвижной системе координат. Уравнения Блоха позволяют, таким образом, рассчитывать компоненты поперечной намагниченности как функцию разности частот ао - со, амплитуды поля В, равновесной намагниченности М0 и двух времен релаксации Т и 7 2 ( которые будут рассмотрены в разд. [21]
Время установления теплового равновесия между спиновой системой и окружающей средой, которую даже в жидкостях принято называть решеткой, определяется как время спин-решеточной релаксации. Эта величина описывает процесс установления равновесия, т.е. приближение z - компонен-ты намагниченности Mz к равновесному значению М0, которое устанавливается в спиновой системе спустя длительный период времени. Равновесная намагниченность устанавливается параллельно внешнему магнитному полю В0, поэтому спин-решеточную релаксацию называют также продольной релаксацией. [22]
На рис. 4.2.5 приведены зависимости амплитуды сигнала от угла поворота 8 для разных отношений T / Ti. Видно, что оптимальный угол поворота уменьшается с уменьшением периода повторения импульсов. При T 3Ti интерференция слаба, и более 95 % равновесной намагниченности может быть переведено в поперечную плоскость. [24]
Воздействие тг / 2-импульса на образец, находящийся в состоянии теплового равновесия, даст нам максимальный сигнал ЯМР. Однако при усреднении многих прохождений такая длительность импульса не самый лучший вариант, поскольку г-намагниченность ие будет каждый раз успевать восстанавливаться в достаточной степени, если, конечно, промежуток между импульсами Тг не будет во много раз превышать Тг. Низкая частота повторения прохождений не эффективна, и поэтому такая ситуация редко встречается на практике, за исключением экспериментов по измерению Ти где необходимо регистрировать именно равновесную намагниченность. Гораздо лучше сделать задержку между прохождениями равной времени выборки, которое определяется требованиями к разрешению, и подобрать такую длительность импульса и, чтобы максимизировать создающуюся в стационарном состоянии г-иамагииченность. [25]
Наиб, широко используются резонансные методы: электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, ферро -, ферри -, антиферромагаитный резонансы. Поперечная релаксация обычно проявляется в возрастании ширины ДЯ резонансных линий до величины порядка 1 / YTj, а также в затухании сигналов спиновой прецессии и спинового эха. Спин-решеточная релаксация определяет величину стационарного поглощения энергии резонансного ВЧ-поля; кроме того, время tt измеряется по восстановлению равновесной намагниченности после возбуждения мощным радиоимпульсом. Применяются сочетания резонансных и нерезонансных методов, двойные резонансы, ыагнитооптич. [26]
Речь идет прежде всего о ядерной магнитометрии. Магнитометры, основанные на использовании свободной прецессии ядер, находят широкое применение во всех областях измерительной техники, связанных с измерениями магнитного поля Земли. Они ирименя-ются как в наземных измерениях ( для составления магнитных карт), так и для космических исследований. Основное преимущество ядерных магнитометров - возможность производить абсолютные измерения величины напряженности магнитного поля Земли - основано на строго линейной зависимости частоты прецессии от величины напряженности магнитного поля. Серьезным недостатком таких магнитометров является сравнительно большой размер датчиков, что требует высокой однородности магнитного поля в объеме датчика. Главная причина этого заключается в очень низкой равновесной намагниченности рабочего вещества в слабых магнитных полях. [27]
В третьем способе преодоления вредного влияния большого TI используются многоимпульсные методы; все они являются тем или иным вариантом метода спин-эхо. Например, в методе фурье-спектроскопии с принудительным возвращением спин-системы в равновесие ( ФСПВ) [55] Mz возвращается к равновесному состоянию быстрее, чем это происходило бы под действием продольной релаксации. Поведение намагниченности под действием этих импульсов показано на рис. 5.8. По окончании регистрации данных во время СИС после первого 90 -ного импульса подается 180 -ный импульс, вызывающий рефокусировку векторов намагниченности от различных частей образца, точно так же, как в методе спин-эхо Хана ( разд. При фокусировке формируется эхо, и точно в момент его максимума в методе ФСПВ подается второй 90 -ный импульс, который поворачивает сфокусированную намагниченность до совпадения с осью г. Этот метод оказывается эффективным в преодолении влияния большого TI при условии Т Tz Т2, так как лишь при этом условии необратимая расфазировка ядерных моментов за время нахождения намагниченности в плоскости ху мала. Следовательно, и амплитуда намагниченности, возвращенной к оси z, будет почти равна исходной равновесной величине. Небольшая регулируемая задержка Т перед запуском следующей импульсной последовательности позволяет обеспечить практически полное восстановление равновесной намагниченности вдоль оси г. Было показано [53], что оптимальная задержка Т равна 4т и не зависит от времени TI, которое может различаться для разных линий спектра. Регистрация данных производится во время СИС и на участке нарастания эхо. [28]
В противоположность химическому обмену формирование ЯЭО сдерживается скоростью продольной релаксации. Многие обстоятельства могут сделать формирование ЯЭО более медленным, чем 1 / Г41 но ничто не может заставить его возникать быстрее. Это означает, что, выбрав т примерно равным 1 / Г1; мы с большой вероятностью сможем наблюдать кросс-пики ЯЭО между соседними ядрами. Ядерные эффекты Оверхаузера между более удаленными ядрами формируются медленнее, поэтому для их регистрации нужны большие времена смепшваиня. Но конкурирующая продольная релаксация приводит к тому, что кросс-пики в этом случае будут очень слабыми. Конечно, в одномерных экспериментах такие ЯЭО тоже очень слабые, но в эксперименте ЖЭЕЗУ используется стационарная, а не равновесная намагниченность, поэтому трудности дополнительно возрастают. Кроме того, при спин-спииовом взаимодействии могут возникнуть артефакты, очень запутывающие картину двумерного спектра и затрудняющие идентификацию истинных кросс-пиков ЯЭО. И наконец, еще раз отмечу, что не существует простого способа получения количественных результатов в данном эксперименте. [29]
Страницы: 1 2