Post on 06-Jan-2016
description
Συχνότητα Larmor : ν0 = γHo / 2π (ω0= γHo )
ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ
ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ (NMR)(NMR)
m= +
m=
I=1/2ωo
z
ΠΑΛΜΙΚΟΠΑΛΜΙΚΟ NMRNMRy
M0
H0
x
z
H1
παλμός π/2Mtr=Mo
παλμός π Μtr=0
zM0
θ
xy
0<θ<90
M0
M0x xy
y
z zH0 H0 H0
ΗΕΔ στο πηνίοπαλμός r.f. Mtr σήμα NMRFT
FT
* =tp
Δω=2/tp
όταν ω≈ω0
Γεννήτρια Παλμών
Γεννήτρια Συχνοτήτων
Διαμορφωτής Παλμών
Ενισχυτής Εισόδου
Προενισχυτής
Φωρατής
ΔιάταξηΟλίσθησηςΦάσης
Ενισχυτής Εξόδου
Μετατροπέας Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό (A/D)
Υπολογιστής
probe πηνίοδείγματος
Υπεραγώγιμος μαγνήτης3 μαγνήτες
2.35 Tesla (100 MHz)4.7 Tesla (200 MHz)
9.4 Tesla (υπό εγκατάσταση 400 MHz)
1.2 K-1000 K
Φασματική γραμμήΦασματική γραμμή: εκφράζει την κατανομή εκφράζει την κατανομή των συχνοτήτων συντονισμού των συχνοτήτων συντονισμού
του πυρηνικού συστήματοςτου πυρηνικού συστήματος
• Αν δεν υπάρχει ανομοιογένεια (ούτε στο υλικό ούτε στο στατικό πεδίο) ΚΑΙ οι πυρήνες δεν αλληλεπιδρούν:
• μεταξύ των πυρηνικών μαγνητικών ροπών: διπολική αλληλεπίδραση
• των πυρηνικών μαγνητικών ροπών με τις μαγνητικές ροπές των ηλεκτρονίων: υπέρλεπτη αλληλεπίδραση,
αλληλεπίδραση χημικής μετατόπισης, έμμεση αλληλεπίδραση
Α. ΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ
Β. ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ
• τετραπολική: αλληλεπίδραση τετραπολικής ροπής πυρήνων (I>1/2)
με τοπικά ηλεκτρικά πεδία
Μαγνητικές Αλληλεπιδράσεις Ηλεκτρονίου-Πυρήνα
Αλληλεπίδραση επαφής Fermi
Διπολική αλληλεπίδραση
Αλληλεπίδραση με τροχιακήστροφορμή
r
S
I
IS
Υπέρλεπτη αλληλεπίδραση
Ηhf = A I S
+
+
-
+
- +- -
+
+
Τετραπολική αλληλεπίδραση (I>1/2)
ΗQ=A(3Iz2-I(I+1))
R
C
L
-3/2
-1/2
+1/2
+3/2 63,2 63,4 63,6 63,8 64,0 64,2 64,4 64,6 64,8 65,0 65,2-500000
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
Frequency [MHz]
11B NMR
L
C
R
Αποτελέσματα πυρηνικών αλληλεπιδράσεωνΑποτελέσματα πυρηνικών αλληλεπιδράσεων
διεύρυνση διεύρυνση φασματικών γραμμώνφασματικών γραμμών
χρονική αποκατάστασηχρονική αποκατάσταση της μαγνήτισης της μαγνήτισης
χρονική αποκατάστασηχρονική αποκατάσταση της μαγνήτισης της μαγνήτισης
• μηχανισμός αποκατάστασης σπιν-πλέγματος (spin-lattice relaxation)- χρόνος αποκατάστασης ΤΤ11
• μηχανισμός αποκατάστασης σπιν-σπιν (spin-spin relaxation)- χρόνος αποκατάστασης ΤΤ22
π/2 π ηχώ
x
yM0
π/2
π
Δωx
z z z
x
z
x
M0
Δω
Δω
Δω
y y y
t=0 t=τ- t=τ+ t=2τ
τ τ
ΗΧΩ ΤΩΝ ΗΧΩ ΤΩΝ SPIN (spin echo): SPIN (spin echo): αναιρεί την απώλεια συμφωνίας φάσης που οφείλεται στη στατική ανομοιογένεια
Ανομοιογένεια → κατανομή πυρήνων ανά συχνότητα συντονισμού g(ω) → ανομοιογενής γραμμή
F(ω) = ∫g(ω΄)f(ω-ω΄)dω΄
τ
τ τ
τ
τ τ
Αποδιέγερση σπιν - σπιν ΤΑποδιέγερση σπιν - σπιν Τ2 2 :: μηδενισμός Μμηδενισμός Μtrtr
Μ
τ
z
x
z
x
y
z
x
yyBo
Spin -echo
M=M0exp(-2τ/T2)
Μέτρηση αργών διακυμάνσεων (J(0))
: Μέτρηση του χρόνου Τ2 με την παλμοσειρά Hahn
ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗΣΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗΣ
Αποδιέγερση σπιν - πλέγματος ΤΑποδιέγερση σπιν - πλέγματος Τ11
τ
τ
τσ τσ
τσ τστ
τσ τσ
Μ
t
Μ0
Τ1Τ1
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
Bo
Μέτρηση διακυμάνσεωνγύρω απο την ωL (J(ωL))
Εφαρμογές της φασματοσκοπίας NMR στη μελέτη:
(1) FE και AFE κρυστάλλων της οικογένειας KDPκαι πρωτονικών ψευδοσπίν γυαλιών
(2) Του υπεραγωγού MgB2
δομή των κρυστάλλων RbH2AsO4 ή NH4H2AsO4
a2
a1
c
AsO4
ή PO4
Rb ή NH4
+ H ή D
Ο Η Ο
Η
Η
Ο Η Ο
ΟΟ
ΟΟ
Rb
Rb
As
c
ab επίπεδο
μετατοπίσεις των ατόμων Rb, As και Η ως προς το κέντρο μάζας του
μορίου RbH2AsO4 στη σιδηροηλεκτρική φάση ( Τ < Τc )
-1/2 ↔ 1/2 87Rb NMR
RDA
ΠΗ φάση ΣΗ φάση
Απόσβεση της Mtr της κεντρικής μετάβασης -1/2↔1/2 του 87Rb στο RDA
-1/2 ↔ 1/2 87Rb NMR: Τ1
RDA D-RDA
(α) Τ2 ()
(β) Τ1 (ο)
(γ) Τ1ρ ().
(α) Τ2 ()
(β) Τ1 (ο)
(γ) Τ1ρ ().
Η θερμοκρασιακή εξάρτηση των χρόνων Τ1, Τ2, Τ1ρΗ θερμοκρασιακή εξάρτηση των χρόνων Τ1, Τ2, Τ1ρ
Θεωρητικοί υπολογισμοί : Πειραματικά δεδομένα για RADA x=0.22
Mg
B
aa
c
MgB2 - κρυσταλλική δομή
τύπου AlB2
P6/mmm
MgB2
Υπεραγωγός τύπου ΙΙ : Tc~ 39K
Για Τ<Τc και Hc1< H < Hc2 :
μικτή φάση
εξαγωνικού πλέγματος Abrikosov (vortex lattice) στο MgB2
0.05T 0.2T 0.5T
SEM καιSTS
Εικόνες
Θεωρητική καμπύλη κατανομής του τοπικού μαγνητικού πεδίου στο εξαγωνικό πλέγμα. Στο ένθετο φαίνονται οι καμπύλες ίσης έντασης του μαγνητικού πεδίου
max. fieldmin. field
saddle point
Πειραματική φασματική γραμμή NMR στη μικτή φάση (γκρι γραμμή) και η προσομοίωσή της (παχιά μαύρη γραμμή) ως συνέλιξη (convolution) της θεωρητικής κατανομής μαγνητικού πεδίου (διακεκομμένη γραμμή) με μια Λορεντζιανή συνάρτηση διεύρυνσης.
S: saddle point, m: min. field, M: max. field
H0=47 kOe H0=23.5 kOe
11B NMR: Φασματικές γραμμές της κεντρικής μετάβασης -1/2 1/2
MgB2
Πληροφορίες για την τεχνική του NMR: www.ims.demokritos.gr
Συμπεράσματα:
• Για Η0=2.35 Tesla ένα ποσοστό των κόκκων παραμένει στην κανονική φάση στις χαμηλές θερμοκρασίες (T<Tc2)
• Από μαγνητικές μετρήσεις
Bc2c < 2.35T
Bc2 14 T
62
2 B
Bcc
abc
• Η συνιστώσα χαμηλών συχνοτήτων απεικονίζει την κατανομή
του μαγνητικού πεδίου f(H) στη μικτή φάση του MgB2
H0=47 kOeH0=23.5 kOe
MgMg1-x1-xAlAlxxBB22 0<x<0.025 T = 5K0<x<0.025 T = 5K
Η συνιστώσα της κανονικής φάσης εξαφανίζεται Οι δύο συνιστώσες συνυπάρχουν
Η φασματική γραμμή της μικτής φάσης μεταβάλλεται με τη συγκέντρωση x
Mg0.99Al0.01B2 MgB2
MgMg1-x1-xAlAlxxBB22 0 x0.025
vortex statenormal statevortex state
31.8 32.0 32.2 32.4
29K27K
25K
23K
21K
19K17K15K
13K
11K
9K
7K
5K
frequency (MHz)
Φασματικές γραμμές NMR του πυρήνα 11Β σε εξωτερικό πεδίο H0=2.35 Tesla.
Πολυκρυσταλλικό δείγμα MgB2
31.8 32.0 32.2 32.4
35K37.5K
32.5K
27.5K
40K
30K
25K
20K22.5K
17.5K14.5K12.5K10K7.5K5K
frequency (MHz)
Πολυκρυσταλλικό δείγμα MgB1.98C0.02
vortex state
normal state vortex state
11Β NMR Ρυθμός αποδιέγερσης σπιν πλέγματος 1/Τ1
Για x<0.55 ο ρυθμός 1/Τ1
καθορίζεται από την τροχιακή αλ/ση (N2p(EF)>Ns(EF)
Γρήγορη μείωση 1/Τ1 με αύξηση x έως x=0.55
Μείωση της N2p(EF)
80K T 300K
κορυφή Hebel-Slichter
συμμετρία s-τύπου
η κορυφή Hebel-Slichterλιγότερο εμφανής
11Β NMR Ρυθμός αποδιέγερσης σπιν πλέγματος 1/Τ1
Εργαστήριο NMR Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ
2004