自旋動(dòng)力學(xué)-第二章

NuclearMagnetismChapter2回顧電子磁性：軌道磁矩和自旋磁矩ＥＳＲ，ＥＰＲ(1980.1990年代）核磁性：核自旋磁矩微觀磁性宏觀磁性宏觀磁性與核磁共振第二章核的磁性NuclearMagnetismChapter2電中性，Spinmagneticｍoment

？極化中子衍射：材料磁結(jié)構(gòu)2.1NuclearspinsQuarkinteraction:Gluons(膠子)質(zhì)子中子間Interaction：meson介子質(zhì)子：自旋＝１／２；電荷＋ｅquark質(zhì)子和中子的結(jié)構(gòu)和自旋中子：自旋＝１／２；電荷０三個(gè)Ｑｕａｒｋ激發(fā)態(tài)（可忽略）nuclearexcitedstate核基態(tài)nucleargroundstateStructureofanucleusInter-exchangeforce(Interaction)

meson介子核的結(jié)構(gòu)和自旋核子的磁矩排列一般服從能量最小原理：同種核子的磁矩成對(duì)抵消（部分符合）

dependingonnuclearstructure11B,35Cl3/2

1H,13C,19F,31P1/2

奇數(shù)或偶數(shù)奇數(shù)常見(jiàn)核自旋量子數(shù)原子序數(shù)質(zhì)量數(shù)2H,14N12C,16O,32S1奇數(shù)0

偶數(shù)偶數(shù)1H=p；12C=6p+6n2H=p+n；13C=6p+7n穩(wěn)定同位數(shù)放射性同位素3H=p+2n14C=6p+8n核自旋－－－０,1/2,>1/2球形電荷分布NMR重要1/2核:非球?qū)ΨQ(chēng)的電荷分布S>1/2半整數(shù)核7LiS>1/2整數(shù)核旋磁比原因質(zhì)子中子B0,Iz=M?Zeemn能級(jí)分裂（自旋I）Zeeman能級(jí)量子數(shù)外磁場(chǎng)……Zeeman能級(jí)M=>0Zeemn能級(jí)分裂（自旋I=1/2）2.3外磁場(chǎng)中核自旋的進(jìn)動(dòng)NuclearspinsprocessNuclearspinsprocessbecause:1.theyaremagnetic2.theyhaveangularmomentum（作業(yè)）2.4Thermalequilibrium熱平衡磁化強(qiáng)度Mz=M0Mz=M0縱向橫向population高溫近似<<Population(mthenergylevel):歸一化因子第m能級(jí)布居數(shù)熱平衡磁化強(qiáng)度?B0

（11.74Tesla)=3.3×10?25JkBT

=4.1×10?21J高溫近似例：1H?B0<<kT~4×10?9e(H2O)~-10-6<<100002ＮＭＲ和ＥＳＲ2.5Spin–LatticeRelaxation:NuclearParamagnetismPrecessioninafluctuatingfield.Bx(t)=cost

tCTransversefieldFluctuatingMicroscopicfieldb(x,y,z)Localfield.b1b2bt1t2Whatkindsofthelocalfields???.思考題：M熱平衡后，快速、較慢、很慢降磁場(chǎng)，再B

???自旋點(diǎn)陣弛豫Mz

(t)=Meq（1?exp{?(t

?ton)/T1}）非平衡到平衡過(guò)程快慢——時(shí)間常數(shù)T1：弛豫時(shí)間2.6TransverseMagnetizationandTransverseRelaxationBx(t)~cost射頻場(chǎng)自旋－自旋弛豫（橫向）Whatkindsofthelocalfields???.2.7NMRSignal----FID

(FreeInductionDecay) 電信號(hào)(0>>1/T2)：DetectSensitivity(靈敏度）~M00~

3B2

Signal/Noise~M0/1/2~M01/2~5/2B3/2~dMx/dt~Meq0cos0tMx（脈沖ＦｏｕｒｉｅｒＮＭＲ）2時(shí)域電信號(hào)NMRSignal----連續(xù)波ＣＷＮＭＲ（頻域）

發(fā)射CWRF

RF功率吸收總結(jié)Chapter2微觀磁性：磁量子數(shù)M=-I，-I+1，……I磁矩：>0,<0（15N,17O）

不同核具有不同與磁場(chǎng)相互作用：Zeeman能級(jí)進(jìn)動(dòng)（process)不同核具有不同I和，不同能級(jí)分裂，不同進(jìn)動(dòng)頻率非磁性核，1/2核，四極核總自旋量子數(shù)I=0,1/2,

1,3/2,2,5/2……無(wú)線(xiàn)電波（射頻）＝/２～1---103MHz

微觀磁性宏觀磁性宏觀磁性與核磁共振宏觀磁性：熱平衡：熱平衡建立：Spin–LatticeRelaxationCurielaw核自旋系綜（s