Linkouskaiku - Spin echo

Spin -kaiku -animaatio, joka näyttää sinisen Bloch -pallon pyöritysten (punaiset nuolet) vastauksen vihreään pulssisekvenssiin

On magneettinen resonanssi , joka on spin kaiku on fokusointia spin magnetointi, jonka pulssi resonoivia sähkömagneettista säteilyä . Moderni ydinmagneettinen resonanssi (NMR) ja magneettikuvaus (MRI) hyödyntävät tätä vaikutusta.

NMR-signaali havaittu ensimmäisen herätepulssin hajoaa ajan myötä niin spin rentoutumista ja kaikki epähomogeenisen vaikutuksia, jotka aiheuttavat pyörii näytteessä kiertävät eri nopeuksilla. Ensimmäinen näistä, rentoutuminen, johtaa peruuttamattomaan magnetoinnin menetykseen. Epähomogeeninen asteittainen poistaminen voidaan kuitenkin poistaa soveltamalla 180 °: n käänteispulssia, joka kääntää magnetointivektorit . Esimerkkejä epähomogeenisistä vaikutuksista ovat magneettikentän gradientti ja kemiallisten siirtymien jakautuminen . Jos käänteispulssia käytetään asteittaisen t -jakson t jälkeen, epähomogeeninen kehitys vaihtuu uudelleen muodostaen kaiun hetkellä 2 t . Yksinkertaisissa tapauksissa, intensiteetti kaiun suhteessa alkuperäiseen signaaliin saadaan e ^{-2t / T ₂} , jossa T ₂ on aikavakio spin-spin rentoutumista. Kaikuajan ( TE ) on aika välillä virityspulssin ja huippu signaalin.

Kaikuilmiöt ovat yhtenäisen spektroskopian tärkeitä piirteitä, joita on käytetty muilla kentillä kuin magneettikuvauksella, mukaan lukien laserspektroskopia ja neutronin sironta . Erwin Hahn havaitsi kaiut ensimmäisen kerran ydinmagneettisessa resonanssissa vuonna 1950, ja spin -kaikuja kutsutaan joskus Hahn -kaikuiksi . In ydinmagneettinen resonanssi ja magneettikuvaus , radiotaajuus säteily on yleisimmin käytetty.

Vuonna 1972 F. Mezei esitteli spin -kaiun neutronin sironnan, tekniikan, jota voidaan käyttää tutkimaan magnoneja ja fononeja yksittäikiteissä. Tekniikkaa käytetään nyt tutkimuslaitoksissa käyttämällä kolmoisakselisia spektrometrejä.

Vuonna 2020 kaksi tiimiä osoitti, että yhdistettäessä voimakkaasti pyöräytyskokonaisuus resonaattoriin Hahn -pulssisekvenssi ei johda vain yhteen kaikuun vaan pikemminkin koko jaksottaiseen kaikuun. Tässä prosessissa ensimmäinen Hahn-kaiku toimii takaisin pyöriin uudelleen tarkennuspulssina, mikä johtaa itsestimuloituihin toissijaisiin kaikuihin.

Periaate

Erwin Hahn löysi spin -kaiku -efektin, kun hän käytti kahta peräkkäistä 90 °: n pulssia, jotka erotettiin lyhyellä aikavälillä, mutta havaitsi signaalin, kaiun, kun pulssia ei käytetty. Erwin Hahn selitti tämän spin -kaiku -ilmiön 1950 -asiakirjassaan, ja Carr ja Purcell kehittivät sitä edelleen . Pulssisekvenssi voidaan ymmärtää paremmin jakamalla se seuraaviin vaiheisiin:

Pystysuora punainen nuoli on spinien, kuten protonien, keskimääräinen magneettinen momentti. Kaikki ovat pystysuorassa magneettikentässä ja pyörivät pitkällä akselillaan, mutta tämä kuva on pyörivässä viitekehyksessä, jossa pyöritykset ovat keskimäärin paikallaan.
On käytetty 90 asteen pulssia, joka kääntää nuolen vaakasuoraan (xy) tasoon.
Paikallisten magneettikenttien epähomogeenisuuksien (magneettikentän vaihtelut näytteen eri osissa, jotka ovat pysyviä ajassa) vuoksi, koska nettomomentti edeltää, jotkut spinit hidastuvat pienemmän paikallisen kenttävoimakkuuden vuoksi (ja alkavat siten vähitellen jäljittää taaksepäin) jotkut kiihtyvät suuremman kentänvoimakkuuden vuoksi ja alkavat edetä muita. Tämä heikentää signaalia.

Nyt käytetään 180 asteen pulssia niin, että hitaammat pyöritykset johtavat päähetken eteen ja nopeat jäljittävät perässä.
Vähitellen nopeat hetket saavuttavat päähetken ja hitaat hetket kulkevat takaisin kohti päähetkeä. Jossain vaiheessa E: n ja F: n välillä kaiku näytteenotto alkaa.
Täysi tarkennus on tapahtunut, ja tällä hetkellä tarkka T ₂ -kaiku voidaan mitata poistamalla kaikki T ₂^* -tehosteet. Aivan erikseen, palaa punainen nuoli suuntaan pystysuoraan (ei esitetty) voisi heijastaa T ₁ rentoutumista. 180 astetta on π radiaania, joten 180 asteen pulsseja kutsutaan usein π -pulsseiksi.

Tässä järjestyksessä käytetään useita yksinkertaistuksia: dekoherenssia ei sisälly ja jokainen linkous kokee täydelliset pulssit, joiden aikana ympäristö ei tarjoa leviämistä. Yllä on kuusi pyöräytystä, eikä niille anneta mahdollisuutta vähentyä merkittävästi. Pyöräytystekniikka on hyödyllisempi, kun pyöräytykset ovat vähentyneet merkittävästi, kuten alla olevassa animaatiossa:

Pyöritä kaiku -animaatiota, jossa on enemmän pyöräytyksiä ja enemmän vaiheistusta

Spin echo decay

Hahnin kaiun hajoamiskokeella voidaan mitata spin -spin -rentoutumisaikaa alla olevan animaation mukaisesti. Kaiun koko tallennetaan kahden pulssin eri etäisyyksille. Tämä paljastaa dekoherenssin, jota π -pulssi ei tarkenna uudelleen. Yksinkertaisissa tapauksissa eksponentiaalista on mitattu, joka on kuvattu julkaisussa T ₂ aikana.

Stimuloitu kaiku

Hahnin vuoden 1950 paperi osoitti, että toinen menetelmä spin -kaiun tuottamiseksi on käyttää kolmea peräkkäistä 90 ° pulssia. Ensimmäisen 90 °: n pulssin jälkeen magnetointivektori leviää edellä kuvatulla tavalla ja muodostaa xy -tasossa "pannukakun". Levitys jatkuu jonkin aikaa , ja sitten annetaan toinen 90 ° pulssi niin, että "pannukakku" on nyt xz -tasossa. Toisen ajan kuluttua kolmas pulssi annetaan ja stimuloitu kaiku havaitaan odottamisen jälkeen viimeisen pulssin jälkeen. ${\ displaystyle \ tau}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ tau}$

Fotonikaiku

Hahn -kaikuja on havaittu myös optisilla taajuuksilla. Tätä varten resonanssivalo kohdistetaan materiaaliin, jolla on epähomogeenisesti laajennettu absorptiorezonanssi. Sen sijaan, että käytettäisiin kahta spin -tilaa magneettikentässä, fotonikaiut käyttävät kahta energiatasoa, jotka ovat läsnä materiaalissa jopa nollamagneettikentässä.

Katso myös

Viitteet

Lue lisää

Ray Freeman (1999). Spin -koreografia: perusvaiheet korkean resoluution NMR: ssä . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850481-8.

Malcolm H.Levitt (2001). Pyörimisdynamiikka: Ydinmagneettisen resonanssin perusteet . Wiley. ISBN 978-0-471-48922-1.

Arthur Schweiger; Gunnar Jeschke (2001). Pulssielektronin paramagneettisen resonanssin periaatteet . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850634-8.

Ulkoiset linkit

Animaatiot ja simulaatiot

Languages

In other projects