Spin echo - Spin echo
v magnetická rezonance, a spin echo je přeorientování na roztočit magnetizace pulsem rezonanční elektromagnetická radiace.[1] Moderní nukleární magnetická rezonance (NMR) a magnetická rezonance (MRI) tento efekt využívá.
The NMR signál pozorováno po počátečním budícím pulzu s časem v důsledku obou rotací relaxace a jakékoli nehomogenní efekty, které způsobují různá otočení ve vzorku preces v různých sazbách. První z nich, relaxace, vede k nevratné ztrátě magnetizace. Nehomogenní dešifrování však lze odstranit použitím 180 ° inverze pulz, který invertuje magnetizační vektory.[2] Mezi příklady nehomogenních účinků patří gradient magnetického pole a distribuce chemické směny. Pokud je inverzní impuls aplikován po určité době t defázování, nehomogenní evoluce bude fázovat, aby vytvořila ozvěnu v čase 2t. V jednoduchých případech je intenzita ozvěny vzhledem k počátečnímu signálu dána vztahem E–2 t / t2 kde T2 je časová konstanta pro relaxaci spin-spin. The čas ozvěny (TE) je doba mezi budicím pulzem a špičkou signálu.[3]
Echo jevy jsou důležitými rysy koherentní spektroskopie které byly použity v jiných oblastech než magnetická rezonance včetně laserová spektroskopie[4] a rozptyl neutronů. Ozvěny byly poprvé detekovány v nukleární magnetické rezonanci pomocí Erwin Hahn v roce 1950,[5] a spinové ozvěny jsou někdy označovány jako Ozývá se Hahn. v nukleární magnetická rezonance a magnetická rezonance, rádiová frekvence záření se nejčastěji používá.
V roce 1972 F. Mezei představil spin echo neutronový rozptyl, techniku, kterou lze použít ke studiu magnetů a fononů v monokrystalech.[6] Tato technika se nyní používá ve výzkumných zařízeních využívajících tříosé spektrometry.
V roce 2020 předvedly dva týmy [7][8] že při silném spojování souboru otáček s rezonátorem nevede Hahnova pulzní sekvence pouze k jediné ozvěně, ale spíše k celé řadě periodických ozvěn. V tomto procesu působí první Hahnova ozvěna zpět na spiny jako přeostřující puls, což vede k samo-stimulovaným sekundárním ozvěnám.
Zásada
Efekt spin echo objevil Erwin Hahn když použil dva po sobě jdoucí 90 ° pulsy oddělené krátkou dobou, ale detekoval signál, ozvěnu, když nebyl aplikován žádný puls. Tento fenomén spinové ozvěny vysvětlil Erwin Hahn ve své práci z roku 1950,[5] a dále rozvíjeny Carr a Purcell který poukázal na výhody použití 180 ° refokusovacího pulzu pro druhý puls.[9] Sekvenci pulzů lze lépe pochopit rozdělením do následujících kroků:
|
|
V tomto pořadí se používá několik zjednodušení: ne dekoherence je zahrnuto a každý spin zažije perfektní pulsy, během nichž prostředí neposkytuje žádné šíření. Nahoře je zobrazeno šest otočení, která nedostávají šanci významně odfázovat. Technika ozvěny odstřeďování je užitečnější, když se roztočení významněji zvýraznily, například v animaci níže:
Roztočení ozvěny
K měření lze použít Hahnův experiment rozpadu ozvěny spin – spin relaxace čas, jak je znázorněno v animaci níže. Velikost echa se zaznamenává pro různé rozestupy dvou pulzů. To odhaluje dekoherenci, která není znovu zaostřena pulzem π. V jednoduchých případech, an exponenciální úpadek se měří, což je popsáno T2 čas.
Stimulovaná ozvěna
Hahnova kniha z roku 1950[5] ukázal, že další metodou pro generování spinových ozvěn je použití tří po sobě jdoucích 90 ° pulzů. Po prvním 90 ° pulzu se magnetizační vektor rozšíří, jak je popsáno výše, a vytvoří v rovině x-y to, co lze považovat za „palačinku“. Šíření po určitou dobu pokračuje , a poté se aplikuje druhý 90 ° puls, takže „placka“ je nyní v rovině x-z. Po dalším čase je aplikován třetí puls a po chvíli čekání je pozorována stimulovaná ozvěna po posledním pulzu.
Fotonová ozvěna
Hahn echos byly také pozorovány na optických frekvencích.[4] K tomu je rezonanční světlo aplikováno na materiál s nehomogenně rozšířil absorpční rezonance. Namísto použití dvou stavů rotace v magnetickém poli používají fotonové ozvěny dvě energetické úrovně, které jsou přítomny v materiálu i v nulovém magnetickém poli.
Viz také
- Jaderná magnetická rezonance
- Magnetická rezonance
- Neutronová spinová ozvěna
- Elektronová paramagnetická rezonance
Reference
- ^ J. E. Tanner a E. O. Stejskal (2003). „Omezená autodifúze protonů v koloidních systémech metodou pulzního přechodu, spin-echo“. The Journal of Chemical Physics. 49 (4): 1768. Bibcode:1968JChPh..49.1768T. doi:10.1063/1.1670306.
- ^ Malcolm H. Levitt; Ray Freeman (1979). Msgstr "Inverze populace NMR pomocí složeného pulzu". Journal of Magnetic Resonance. 33 (2): 473–476. Bibcode:1979JMagR..33..473L. doi:10.1016/0022-2364(79)90265-8.
- ^ Dan J Bell a J Yeung. "Echo time". Radiopedie. Citováno 2017-09-24.
- ^ A b Kurnit, N. A .; Abella, I.D .; Hartmann, S. R. (1964). "Pozorování fotonové ozvěny". Dopisy o fyzické kontrole. 13 (19): 567–568. Bibcode:1964PhRvL..13..567K. doi:10.1103 / PhysRevLett.13.567.
- ^ A b C Hahn, E.L. (1950). "Spin ozvěny". Fyzický přehled. 80 (4): 580–594. Bibcode:1950PhRv ... 80..580H. doi:10.1103 / PhysRev.80.580.
- ^ Mezei, F. (1972), „Neutron spin echo: Nový koncept v polarizovaných technikách tepelných neutronů“, Zeitschrift für Physik, 255(2), s. 146–160.
- ^ Weichselbaumer, Stefan; Zens, Matthias; Zollitsch, Christoph W .; Brandt, Martin S .; Rotter, Stefan; Gross, Rudolf; Huebl, Hans (2020). „Echo Trains in Pulsed Electron Spin Resonance of a Strongly Coupled Spin Ensemble“. Dopisy o fyzické kontrole. 125: 137701. doi:10.1103 / PhysRevLett.125.137701.
- ^ Debnath, Kamanasish; Dold, David; Morton, John J. L .; Mølmer, Klaus (2020). „Samostimulované vlakové impulzní ozvěny z nehomogenně rozšířených rotačních souborů“. Dopisy o fyzické kontrole. 125: 137702. doi:10.1103 / PhysRevLett.125.137702.
- ^ Carr, H. Y .; Purcell, E. M. (1954). "Účinky difúze na volnou precesi v experimentech s nukleární magnetickou rezonancí". Fyzický přehled. 94 (3): 630–638. Bibcode:1954PhRv ... 94..630C. doi:10.1103 / PhysRev.94.630.
Další čtení
- Ray Freeman (1999). Spinová choreografie: základní kroky ve vysokém rozlišení NMR. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850481-8.
- Malcolm H. Levitt (2001). Dynamika točení: Základy nukleární magnetické rezonance. Wiley. ISBN 978-0-471-48922-1.
- Arthur Schweiger; Gunnar Jeschke (2001). Principy pulzní elektronové paramagnetické rezonance. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850634-8.
externí odkazy
- Animace a simulace