СПИНОВОЕ ЭХО

СПИНОВОЕ ЭХО

       

спонтанное возникновение сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) через нек-рое время после подачи на образец последовательности импульсов радиочастотного поля H1 . Обнаружено амер. физиками: в ЯМР — Э. Л. Ханом (1950), в ЭПР — А. Килем и В. Б. Минсом (1967). Импульс поля H1 отклоняет вектор намагниченности М от направления H на угол, пропорц. длительности импульса. После импульса H1 этот угол убывает со скоростью, определяемой временем спин-спиновой релаксации Т2 и неоднородностью поля Н в образце. Если включить два коротких импульса, следующих друг за другом с интервалом tмоменты прецессируют в разных частях образца с расходящимися частотами и фазами, и сигнал исчезает быстрее, чем это определяется временем Т2. В процессе затухания второго сигнала, наоборот, синфазность прецессии моментов восстанавливается с той же скоростью, с какой она нарушалась. В результате через время 2т после первого импульса поля Н1 магн. моменты прецессируют вокруг Н синфазно, сигнал магн. резонанса восстанавливается. Сложные многоимпульсные методы, использующие С. э., позволяют увеличить разрешающую способность и чувствительность метода ЯМР в тв. телах.

С. э. даёт возможность измерять времена релаксации, особенно в жидкостях, где для С. э. ЯМР существуют особенно благоприятные условия.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

СПИНОВОЕ ЭХО

- явление повторного возникновения сигналов ядернойили электронной магн. индукции, обусловленное фазировкой спиновых магн. <моментов под действием радиочастотных импульсов. Простейший вид С. э. открытЭ. Ханом (Е. Hahn) в 1950. Образец, содержащий ядра со спином и гиромагн. отношением ,помещают в пост. магн. поле Н и подвергают действию радиочастотных импульсовлинейно поляризованного магн. поля ,удовлетворяющего условиям ядерного магнитного резонанса (ЯМР):;. Удобноперейти в систему координат, вращающуюся с частотой w вокруг оси в ту же сторону, что и ларморовская прецессия ядерных спинов. В этой системекоординат циркулярно поляризованная в указанном направлении компонентарадиочастотного поля становится статической и определяет направление оси х. Равновесная ядерная намагниченность М, первоначальнонаправленная вдоль Н, после включения поля Н ₁ начинает прецессировать вокруг него с угл. частотой и через время оказывается направленной вдоль оси у (рис., а). В этот момент первыйимпульс 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 повторнаяфазировка после -импульса.

Последующая прецессия вектора М вокруг Н в плоскости ху наводитв приёмной катушке спектрометра ЯМР сигнал свободной индукции. Со временемэтот сигнал затухает (поперечная релаксация), т. к. ядерные спины находятсяв разных локальных магн. полях и, как следствие, имеют различающиеся частотыпрецессии. Это связано как с неоднородностью внеш. магн. поля Я, так ис внутр. магн. полями, создаваемыми ядрами друг на друге. Эфф. время поперечнойрелаксации , где DH - ширина линии ЯМР. Если локальные поля постоянны во времени (напр.,обусловлены неоднородностью поля Н), то прецессия спинов оказывается обратимойи возможно наблюдение С. э. На рис. ( б )показаны траектории движениядвух ядерных спинов. Угл. частоты их прецессии отличаются от со на малыевеличины и равны соответственно и ,поэтому во вращающейся системе координат они поворачиваются в плоскости ху за время т на углы и отоси 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 послевторого импульса одновременно достигнут направления - у, т. е. произойдутфазировка ядерных магн. моментов и повторное появление сигнала индукции. <Описанный механизм С. э. действует при условии t₁,, чтоэквивалентно требованию .

В действительности восстановление сигнала свободной индукции методомС. 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 Т ₂. Также исследуют структуру спектров ЯМР, скрытую неоднородным уширением.

Существуют разл. модификации описанного варианта С. э. ТрёхимпульсноеС. э. делает возможным измерять наряду с Т ₂ время продольнойрелаксации Т ₁. Многоимпульсные когерентные методы позволяютна неск. порядков повысить чувствительность и разрешающую способность ЯМР-спектроскопии.

Методы С. э. используют также в ядерном квадрупольном резонансе и электронномпарамагнитном 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, обладающихдискретным набором квантовых энергетич. уровней, уширенных статическимислучайными 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 фурьеспектроскопияЯМР, 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.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.