спиновое эхо

СПИНОВОЕ ЭХО - явление повторного возникновения сигналов ядерной или электронной магн. индукции, обусловленное фазировкой спиновых магн. моментов под действием радиочастотных импульсов. Простейший вид С. э. открыт Э. Ханом (Е. Hahn) в 1950. Образец, содержащий ядра со спином и гиромагн. отношением, помещают в пост. магн. поле Н и подвергают действию радиочастотных импульсов линейно поляризованного магн. поля, удовлетворяющего условиям ядерного магнитного резонанса (ЯМР): ;. Удобно перейти в систему координат, вращающуюся с частотой w вокруг оси в ту же сторону, что и ларморовская прецессия ядерных спинов. В этой системе координат циркулярно поляризованная в указанном направлении компонента радиочастотного поля становится статической и определяет направление оси х. Равновесная ядерная намагниченность М, первоначально направленная вдоль Н, после включения поля Н₁ начинает прецессировать вокруг него с угл. частотой и через время оказывается направленной вдоль оси у (рис., а). В этот момент первый импульс РЧ-поля (-импульс) выключается.

Спиновое эхо в неоднородном магнитном поле (вращающаяся система координат): а - поворот намагниченности М под действием-импульса; б - расфазировка спинов, имеющих различные частоты прецессии, и их повторная фазировка после -импульса.

Последующая прецессия вектора М вокруг Н в плоскости ху наводит в приёмной катушке спектрометра ЯМР сигнал свободной индукции. Со временем этот сигнал затухает (поперечная релаксация), т. к. ядерные спины находятся в разных локальных магн. полях и, как следствие, имеют различающиеся частоты прецессии. Это связано как с неоднородностью внеш. магн. поля Я, так и с внутр. магн. полями, создаваемыми ядрами друг на друге. Эфф. время поперечной релаксации , где DH - ширина линии ЯМР. Если локальные поля постоянны во времени (напр., обусловлены неоднородностью поля Н), то прецессия спинов оказывается обратимой и возможно наблюдение С. э. На рис. (б)показаны траектории движения двух ядерных спинов. Угл. частоты их прецессии отличаются от со на малые величины и равны соответственно и , поэтому во вращающейся системе координат они поворачиваются в плоскости ху за время т на углы иот оси у. Если теперь подать на оОразец второй радиочастотный импульс, аналогичный первому, но с длительностью t₂ = 2t₁ (-импульс), то спины повернутся вокруг оси х на угол и займут положения и . Двигаясь затем с прежними угл. скоростями и в том же направлении, оба спина спустя время t после второго импульса одновременно достигнут направления -у, т. е. произойдут фазировка ядерных магн. моментов и повторное появление сигнала индукции. Описанный механизм С. э. действует при условии t₁,, что эквивалентно требованию.

В действительности восстановление сигнала свободной индукции методом С. э. не может быть полным: потери обусловлены зависящими от времени внутр. локальными полями. Зависимость величины сигнала С. э. от времени позволяет измерять истинное время поперечной релаксации Т₂. Так же исследуют структуру спектров ЯМР, скрытую неоднородным уширением.

Существуют разл. модификации описанного варианта С. э. Трёхимпульсное С. э. делает возможным измерять наряду с Т₂ время продольной релаксации Т₁. Многоимпульсные когерентные методы позволяют на неск. порядков повысить чувствительность и разрешающую способность ЯМР-спектроскопии.

Методы С. э. используют также в ядерном квадрупольном резонансе и электронном парамагнитном резонансе, хотя при этом трудно выполнить условие . Большим своеобразием отличается С. э. в ферромагнетиках и антиферромагнетиках.

Явления, аналогичные С. э., характерны и для систем иной природы, обладающих дискретным набором квантовых энергетич. уровней, уширенных статическими случайными полями. Известны, в частности, фотонное эхо ,поляризац. эхо, фононное эхо и др.

Лит.: Ф а р р а р Т., Б е к к е р Э., Импульсная и фурьеспектроскопия ЯМР, пер. с англ., М., 1973; Салихов К. М., Семенов А. Г., Цветков IO. Д., Электронное спиновое эхо и его применение, Новосиб., 1976; У о Д ж., Новые методы ЯМР в твердых телах, пер. с англ., М., 1978. В. А. Ацаркин.

   <<      Предметный указатель      >>