CHƯƠNG 9: CỘNG HƯỞNG TỪ

Cộng hưởng phát sinh khi các mức năng lượng của một hệ thống lượng tử của những khoảnh khắc điện tử hoặc hạt nhân là Zeeman chia bởi một từ trường đồng nhất
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG 9: CỘNG HƯỞNG TỪ CHƯƠNG 9: CỘNG HƯỞNG TỪCộng hưởng phát sinh khi các mức năng lượng của một hệ thống lượng tử của nhữngkhoảnh khắc điện tử hoặc hạt nhân là Zeeman chia bởi một từ trường đồng nhất vàhệ thống hấp thu năng lượng từ một từ trường mạnh dao động ở tần số xác định,tương ứng với các hiệu ứng chuyển tiếp giữa các cấp. Cổ điển, cộng hưởng xảy rakhi một trường AC ngang được áp dụng ở tần số Larmor. Cộng hưởng phương phápcó giá trị cho nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của chất rắn, và chúng được sử dụngcho chụp ảnh và các ứng dụng khác. Các thời điểm cộng hưởng có thể là một cô lậpion spin hoặc gốc tự do, như trong cộng hưởng điện tử thuận từ (EPR), hoặc một spinhạt nhân như trong cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Nếu không thì nó có thể là từ hóara lệnh như trong cộng hưởng sắt từ (FMR). Cộng hưởng hiệu ứng cũng được kếthợp với sóng spin, và tường miền. Các kỹ thuật liên quan của Mo phổ ssbauer ° vàcộng hưởng spin muon cung cấp thêm thông tin về tương tác siêu tinh tế trong chấtrắn. Một hệ thống được đặt trong một từ trường B0 đồng nhất có thể hấp thụ bức xạtừ elec-tromagnetic tại một tần số xác định chính xác V0 = ω0/2π mà rơi vào tần số vôtuyến hoặc vùng vi sóng. Hiện tượng này có liên quan đến sự tiến động Larmor củathời điểm từ tính, được giới thiệu trong § 3.2.2. Để thực hiện các cộng hưởng, mộthình học thực nghiệm với các trường vượt qua tạp chí-netic là cần thiết. Các lĩnh vựcổn định thống nhất xác định các hướng-z, trong khi một AC tần số cao lĩnh vực bx =cos 2b1 ωt được áp dụng trong mặt phẳng vuông góc. Đó là hữu ích để suy nghĩ của bxlà tổng của hai counter-luân lĩnh vực 2b1 cos ωt = b1 (eiωt + e-iωt). Cộng hưởng xảy rakhi tiến động là syn-chronized với các thành phần hoặc ngược chiều kim đồng hồ.Không có cộng hưởng xảy ra khi b1 song song với B0. Có một khái niệm lớn trên cộnghưởng từ. Nó hình thành cơ sở tuổi thứ năm của từ trường, trong đó chảy từ sự hiểubiết của cơ học lượng tử mô men động lượng, và sự phát triển của vi sóng cho radartrong thế chiến thứ hai. Hệ thống cộng hưởng là một quần thể của các gốc tự do haycác ion với lẻ điện tử spin cộng hưởng điện tử thuận từ (EPR) - còn được gọi là cộnghưởng spin electron (ESR). Các kết toàn bộ từ thời điểm có thể tạo ra tiếng vang trongcộng hưởng sắt từ (FMR), hoặc nếu không nó có thể được những khoảnh khắcsublattice mà tiến động cộng hưởng phản sắt từ (AFMR). Các hạt nhân thực hiệnnhững khoảnh khắc nhỏ bé mà cộng hưởng ở tần số tương đối thấp trong cộnghưởng từ hạt nhân (NMR). cộng hưởng khác có liên quan đến spin sóng, tường miềnvà điện tử dẫn. y z x x 2bcoswt BMột trường AC là phân tách thành Một điển hình cộng hưởngtừ hai trường chống xoay thí nghiệmTrong vật liệu từ tính, nó có thể được thể quan sát sự cộng hưởng mà chẳng cần tớimột B0 trường bên ngoài, làm cho việc sử dụng khử từ hoặc siêu tinh tế trường nộibộ. Đây là tất cả hiện tượng vật lý đáng chú ý , nhưng từ quan điểm cộng hưởng từ làcho nó cung cấp cái nhìn sâu sắc vào các từ tính của các chất rắn, và cho các ứng dụngnhư chuyển đổi tần số cao của sự từ hóa và hình ảnh cộng hưởng từ (MRI). Các hệthống cộng hưởng từ tính thường được các đối tượng lượng tử nhỏ - ion hoặc điện tửhoặc hạt nhân với lẻ spin - do đó, nó là tự nhiên để áp dụng một hình ảnh của quátrình chuyển đổi res-onant giữa lượng, mức năng lượng Zeeman chia. Tuy nhiên,những hình ảnh cổ điển của sự kích thích ở tần số tuế sai Larmor tự nhiên, đó là cầnthiết cho các nam châm vĩ mô, cung cấp kiến thức vô giá cho các hệ thống lượng tửquá. Hãy nghĩ đến những trường hợp đơn giản của một ion với m từ thời điểm đóđược kết hợp với một mô men động lượng điện tử S. liên tục của tionality-propor γ làtỷ lệ từ hồi chuyển: m =γ S, (9.1)nơi γ có các đơn vị của s-1 T-1 (hertz mỗi tesla) và S là thứ nguyên. Cả m và S là cácnhà khai thác vector. Phương trình, mà đọc như một phương trình vectơ cổ điển, thựcsự có nghĩa là tất cả các yếu tố ma trận tương ứng của m và S là tỷ lệ thuận. Sựtương tác Zeeman m • B0 trong lĩnh vực B0 ổn định áp dụng theo Oz được đại diệnbởi các Hamilton HZ =−m ∙B 0 =−γB0 Sz. (9.2)Giá trị riêng là một tập hợp các mức năng lượng bằng nhau ở εi =−γB0 Ms; Ms=S ,S−1, . . . ,−S . (9.3)Khoảng cách trình độ là ε = γB0 . chuyển từ lưỡng cực giữa các cấp liền kề có thểđược dự kiến sẽ cho bức xạ tần số góc ω0, nơi ε = ω0. Do đó điều kiện cộng hưởng ω0 =γB0 (9.4)không phụ thuộc vào, hằng số Planck đó cho thấy chúng ta có thể suy ra cùng một kếtquả của một đối số cổ điển. Lưu ý rằng γ cho các điện tử là tiêu cực về tài khoản củacác điện tích âm để Ms = -S là mức thấp nhất. Các mô-men xoắn trên m mômen từtrong một B0 trường là = m × B0. Điều này tương đương với tốc độ thay đổi củađộng lượng góc d(S)/ dt. Do đó các phương trình chuyển động là =γm ×B 0 . (9.5) dm/dtVà tương tự như phương trình này xuất hiện với một dấu hiệu tiêu cực, nếu đượcthông qua mà e, chứ không phải điện tử 1 Zeeman ...