- •Федеральное агентство по образованию
- •Лист согласования и утверждения рабочей программы
- •1.2. Пояснительная записка
- •1.4. Государственные требования.
- •1.5. Содержание учебной дисциплины.
- •1. Определение скорости ультразвука в твердых телах (8 час)
- •2. Определение затухания ультразвука в твердых телах (8 час)
- •3. Определение удельной магнитной восприимчивости веществ (8 час)
- •4. Определение магнитной проницаемости ферритов (8 час)
- •5. Эффект Холла (8 час)
- •6. Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного ямр (8 час)
- •7. Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного якр (8 час)
- •1.6. Самостоятельная работа
- •1.7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины Список используемой литературы и средства обучения
- •1.9. Карта обеспеченности литературой
- •Лабораторная работа №1
- •Лабораторная работа №2
- •Лабораторная работа №3 Определение удельной магнитной восприимчивости веществ
- •Глава I. Диамагнетизм и парамагнетизм.
- •§1.1. Магнитные моменты электронов и атомов.
- •§1.2. Атом в магнитном поле. Диамагнетик.
- •§1.3. Парамагнетизм. Парамагнетики.
- •Приборы и оборудование
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа №4 Определение магнитной проницаемости ферритов
- •Введение
- •§2.1. Ферромагнитный порядок.
- •§2.2. Антиферромагнетики.
- •§2.3. Ферромагнитные домены.
- •Приборы и оборудование
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа №5
- •Лабораторная работа №6 Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного ямр
- •Введение
- •§3.1. Ямр.
- •Приборы и оборудование
- •Выполнение работы
- •Лабораторная работа №7 Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного якр
- •Введение
- •Приборы и оборудование
- •Выполнение работы
Приборы и оборудование
Радиоспектрометр-релаксометр импульсный панорамный ИСП-1, исследуемый образец, электромагнит, измеритель магнитной индукции Ш1-9.
Выполнение работы
Подготовка к выполнению работы и все измерения проводятся только под руководством и постоянным наблюдением преподавателя.
Ход работы:
Ознакомиться со структурой ИСП-1;
Включить электромагнит и дать ему прогреться (порядка 30-60 мин), одновременно пропуская через электромагнит воду для охлаждения;
Включить ИСП-1 и дать ему прогреться (порядка 30 мин);
Установить заданную величину поля между полюсами электромагнита, контролируя его измерителем магнитной индукции;
Под руководством преподавателя поместить катушку с образцом в зазор между полюсами электромагнита;
Под руководством преподавателя произвести настройку ИСП-1 и провести измерения Т2 и Т2* ;
Выключить установку;
Вычислить времена спин-спиновой релаксации.
Контрольные вопросы: Понятие ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Дипольный момент ядра. Спин ядра. Поведение ядра в магнитном поле. Энергетические уровни ядра. Зеемановское расщепление. Спин-спиновая и спин-решеточная релаксации. Flip-flop-переходы. Времена обратимой и необратимой спин-спиновой релаксации. Блок-схемы стационарной и импульсной установок ЯМР.
Лабораторная работа №7 Определение времени спин-спиновой релаксации методом импульсного якр
Цель работы: Познакомиться с явлением ядерного квадрупольного резонанса. Ознакомиться с экспериментальной установкой. Получить сигнал ЯКР и определить время Т2 (время спин-спиновой релаксации) [1], [2], [4], [5], [6], [8].
Введение
Явление магнитного резонанса связано с наличием у электронов ядер спинового момента количества движения.
Основные типы МР:
ЯМР – ядерный магнитный резонанс.
ЭПР – электронный парамагнитный резонанс или спиновый.
ЯКР – ядерный квадрупольный резонанс.
ФМР – ферромагнитный резонанс.
СВР – спин - волновой резонанс.
АФР – антиферромагнитный резонанс.
Информация, которую можно извлечь методами МР:
· об электронной структуре отдельных дефектов, так как она влияет на тонкую структуру спектров поглощения.
· о движении спинов или окружения (среды), поскольку оно влияет на ширину линии поглощения
· о внутренних магнитных полях образуемых спином, так как они приводят к смещению резонансных линий.
· о коллективных спиновых возбуждениях.
Магнитные и электрические моменты ядер.
Состояние ядра кроме значения главного квантового числа , характеризуется еще и магнитным квантовым числом. Для известных к настоящему времени стабильных или долгоживущих атомов полуцелые значения спиновв пределах отдо, целое от 0 до 6. Магнитное квантовое числоможет приниматьзначений.
В отсутствии внешнего магнитного поля энергия ядра зависит только от ии не зависит от, то есть являетсякратно вырожденным. Ядра симеют также магнитные и электрические моменты ранга. Ядро может иметь магнитные моменты только нечетного ранга и электрические моменты четного ранга.
Пусть ядро обладает моментом количества движения , ему соответствует магнитный момент:
(3.1)
– гиромагнитное отношение ядра.
может быть положительным и отрицательным, обычноменьше нуля.
– ядерный магнетон.
– ядерный– фактор.
Квадрупольный момент ядра представляет собой некоторое пространственное распределение зарядов и определяется как тензор второго ранга с пятью независимыми компонентами:
(3.2)
– величина– го заряда.
– радиус вектор– го заряда.
– декартовы компоненты радиус вектора.
При квантово механическом описании этот тензор является оператором. Оператор ядерного квадрупольного момента выражается через неприводимый спиновой тензор 2 – го ранга ().
(3.3)
– коэффициент пропорциональности.
– электрический квадрупольный момент.
и- операторы проекций спина на осии.
– оператор проекции спина на ось.
Оператор переводит ядро из состоянияв состояние.
Оператор – в.
Времена иназываются временем спин-спиновой релаксации.– это время необратимой,
– время обратимой спин-спиновой релаксации. Величиныиопределяются в экспериментах по воздействию на спин-систему электромагнитных импульсов или по изменению уширения резонансной линии. Значения установившиеся в процессе спин-спиновой релаксации спиновой температуры зависит от вида и интенсивности внешнего воздействия и определяется величиной сообщенной или изъятой из спин системы энергии (это справедливо для эквидистантных уровней). Для не эквидистантных уровней (ЯКР) спиновая температура для каждой пары отдельно вводится равенством:
В отличие от термодинамических систем с неограниченным сверху спектром энергий, которые могут иметь только положительную температуру, спин-система, обладающая ограниченным энергетическим спектром, может находиться в состоянии с отрицательной температурой. Отрицательная спиновая температура соответствует перегретой системе с инверсией населенностей, то есть верхние уровни заселены больше чем нижние.