Eco di rotazione - Spin echo
Nella risonanza magnetica , un eco di spin è la rifocalizzazione della magnetizzazione di spin mediante un impulso di radiazione elettromagnetica risonante . La moderna risonanza magnetica nucleare (NMR) e la risonanza magnetica per immagini (MRI) fanno uso di questo effetto.
Il segnale NMR osservato a seguito di un impulso di eccitazione iniziale decade nel tempo a causa sia del rilassamento dello spin che di eventuali effetti disomogenei che causano la precessione degli spin nel campione a velocità diverse. Il primo di questi, il rilassamento, porta ad una perdita irreversibile di magnetizzazione. Tuttavia, la sfasatura disomogenea può essere rimossa applicando un impulso di inversione di 180° che inverte i vettori di magnetizzazione . Esempi di effetti disomogenei includono un gradiente di campo magnetico e una distribuzione di spostamenti chimici . Se l'impulso di inversione viene applicato dopo un periodo t di sfasamento, l'evoluzione disomogenea si rifaserà per formare un'eco al tempo 2 t . In casi semplici, l'intensità dell'eco rispetto al segnale iniziale è data da e –2t/T 2 dove T 2 è la costante di tempo per il rilassamento spin-spin. Il tempo di eco ( TE ) è il tempo tra l'impulso di eccitazione e il picco del segnale.
I fenomeni di eco sono caratteristiche importanti della spettroscopia coerente che sono stati utilizzati in campi diversi dalla risonanza magnetica, compresa la spettroscopia laser e la diffusione di neutroni . Gli echi furono rilevati per la prima volta nella risonanza magnetica nucleare da Erwin Hahn nel 1950 e gli echi di spin sono talvolta indicati come echi di Hahn . Nella risonanza magnetica nucleare e nella risonanza magnetica , la radiazione a radiofrequenza è più comunemente usata.
Nel 1972 F. Mezei ha introdotto lo scattering di neutroni spin echo, una tecnica che può essere utilizzata per studiare magnoni e fononi nei cristalli singoli. La tecnica è ora applicata nelle strutture di ricerca che utilizzano spettrometri a tre assi.
Nel 2020 due team hanno dimostrato che quando si accoppia fortemente un insieme di spin a un risonatore, la sequenza di impulsi di Hahn non porta solo a un singolo eco, ma piuttosto a un intero treno di echi periodici. In questo processo il primo eco di Hahn agisce sugli spin come un impulso di rifocalizzazione, portando a echi secondari auto-stimolati.
Principio
L'effetto spin echo è stato scoperto da Erwin Hahn quando ha applicato due impulsi successivi a 90° separati da un breve periodo di tempo, ma ha rilevato un segnale, l'eco, quando non è stato applicato alcun impulso. Questo fenomeno di spin echo è stato spiegato da Erwin Hahn nel suo articolo del 1950 e ulteriormente sviluppato da Carr e Purcell che hanno sottolineato i vantaggi dell'utilizzo di un impulso di rifocalizzazione a 180° per il secondo impulso. La sequenza di impulsi può essere meglio compresa suddividendola nei seguenti passaggi:
 |
|
|
|
In questa sequenza vengono utilizzate diverse semplificazioni: non è inclusa alcuna decoerenza e ogni rotazione sperimenta impulsi perfetti durante i quali l'ambiente non fornisce alcuna diffusione. Sei giri sono mostrati sopra e questi non hanno la possibilità di sfasare in modo significativo. La tecnica dell'eco spin è più utile quando gli spin sono sfasati in modo più significativo, come nell'animazione seguente:
Decadimento dell'eco di rotazione
Un esperimento di decadimento dell'eco di Hahn può essere utilizzato per misurare il tempo di rilassamento spin-spin , come mostrato nell'animazione seguente. La dimensione dell'eco viene registrata per diverse distanze dei due impulsi. Questo rivela la decoerenza che non viene rifocalizzata dall'impulso π. Nei casi più semplici, un decadimento esponenziale viene misurata che è descritta dal T 2 tempo.
Eco stimolato
L'articolo di Hahn del 1950 ha mostrato che un altro metodo per generare echi di spin consiste nell'applicare tre impulsi successivi a 90°. Dopo il primo impulso di 90°, il vettore di magnetizzazione si espande come descritto sopra, formando quello che può essere pensato come un "pancake" nel piano xy. Lo spargimento continua per un po' , quindi viene applicato un secondo impulso di 90° in modo che il "pancake" si trovi ora nel piano xz. Dopo un ulteriore tempo viene applicato un terzo impulso e si osserva un'eco stimolata dopo aver atteso un tempo dopo l'ultimo impulso.
Eco di fotoni
Echi di Hahn sono stati osservati anche a frequenze ottiche. Per questo, la luce risonante viene applicata a un materiale con una risonanza di assorbimento disomogeneamente ampliata . Invece di utilizzare due stati di spin in un campo magnetico, gli echi di fotoni utilizzano due livelli di energia che sono presenti nel materiale anche a campo magnetico zero.
Guarda anche
- Risonanza magnetica nucleare
- Risonanza magnetica
- Eco di spin di neutroni
- Risonanza paramagnetica elettronica
Riferimenti
Ulteriori letture
- Ray Freeman (1999). Coreografia di spin: passaggi di base in NMR ad alta risoluzione . La stampa dell'università di Oxford. ISBN 978-0-19-850481-8.
- Malcom H. Levitt (2001). Spin Dynamics: Fondamenti di risonanza magnetica nucleare . Wiley. ISBN 978-0-471-48922-1.
- Arthur Schweiger; Gunnar Jeschke (2001). Principi di risonanza paramagnetica di elettroni a impulsi . La stampa dell'università di Oxford. ISBN 978-0-19-850634-8.
link esterno
- Animazioni e simulazioni