Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха

 

Изобретение относится к области спектроскопии и может быть использовано при изучении структуры химических соединений. Способ включает воздействие на образец трехимпульсной последовательностью радиочастотных импульсов с временными интервалами τ₁ и τ₂ между ними, с периодом повторения Т₀ и регистрацию сигналов отклика, причем временной интервал τ₁ устанавливают больше чем 2τ₂, но меньше времени поперечной релаксации Т₂, а период Т₀ уменьшают до тех пор, пока не наблюдают максимумы амплитуд сигналов эха в промежутке между первым и вторым импульсами. Техническим результатом изобретения является возможность наблюдения всех сигналов эха при трехимпульсном воздействии на образец. 1 ил.

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений, а также в квантовых устройствах, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотным полем.

Известен способ наблюдения сигналов ядерного спинового эха, включающий воздействие на образец внешним постоянным магнитным полем, трехимпульсной последовательностью радиочастотных импульсов с временными интервалами τ₁ и τ₂ между ними, с периодом повторения T₀ > 6T₁, где T₁ - время спин-решеточной релаксации, и регистрацию сигналов отклика, причем временной интервал τ₂ между вторым и третьим импульсами устанавливают больше чем два временных интервала τ₁ между первым и вторым импульсами, но меньше времени спин-решеточной релаксации - E.L.Hahn. Spin Echoes // Phys. Rev. 1950. V.80. N 4. P. 580-594.

Данный способ не позволяет регистрировать все сигналы эха, которые могут наблюдаться при трехимпульсном возбуждении.

Известен также способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, трехимпульсной последовательностью радиочастотных импульсов с частотой заполнения, равной резонансной частоте возбуждаемого перехода, с временными, интервалами τ₁ и τ₂ между ними, с периодом повторения T₀ > 6T₁, где T₁ - время спин-решеточной релаксации, и регистрацию сигналов отклика, причем временной интервал τ₂ между вторым и третьим импульсами устанавливают больше чем два временных интервала τ₁ между первым и вторым импульсами, но меньше времени спин-решеточной релаксации -Das Т.Р., Hahn E.L./ Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy // Solid Stat. Phys., suppl 1. Acad. Press. New York - London.

Данный способ также не позволяет регистрировать все сигналы эха, которые могут наблюдаться при трехимпульсном возбуждении.

Задачей данного изобретения является разработка способа наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, позволяющего регистрировать все сигналы отклика при трехимпульсном возбуждении.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, трехимпульсной последовательностью радиочастотных импульсов с частотой заполнения, равной резонансной частоте возбуждаемого перехода, с временными интервалами τ₁ и τ₂ между ними, с периодом повторения T₀ и регистрацию сигналов отклика - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков: временной интервал τ₁ между первым и вторым импульсами устанавливают больше чем два временных интервала τ₂ между вторым и третьим импульсами, но меньше времени поперечной релаксации T₂, а период повторения T₀ импульсной последовательности уменьшают до тех пор, пока не наблюдают максимумы амплитуд сигналов эха в промежутке между первым и вторым импульсами.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, предложен новый способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха при трехимпульсном возбуждении, позволяющий наблюдать дополнительно сигнал отклика, который раньше не наблюдался.

Во-вторых, определены необходимые условия, при которых эти сигнал наблюдается.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что такой способ наблюдения сигналов квадрупольного эха не обнаружен. Он обладает новизной и высоким изобретательским уровнем.

На чертеже приведена импульсная программа, использование которой позволяет реализовать предлагаемое изобретение. Способ реализован на двухчастотном импульсном спектрометре ЯКР (а. с. СССР N 1132206, МПК G 01 N 24/10, 1984, Бюл. N 48).

Рассмотрим более подробно обычный (как в прототипе) способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха.

Сначала воздействуют на образец, содержащий квадрупольные ядра, тремя РЧ-импульсами с частотой заполнения, равной резонансной частоте возбуждаемого перехода. При этом устанавливают: 1) период повторения T₀ импульсной последовательности больше 6T₁, где T₁ - время продольной релаксации возбуждаемого перехода; 2) временной интервал τ₁ между первым и вторым импульсами как можно меньше; 3) временной интервал τ₂ между вторым и третьим импульсами из условия: T₁ > τ₂ > 2τ₁. В этом случае наблюдаются пять сигналов квадрупольного спинового эха (как в аналоге и прототипе): в следующие моменты времени: t₁ = 2τ₁; t₂ = 2τ₁+ τ₂; t₃ = 2τ₂; t₄ = 2τ₂+ τ₁; t₅ = 2(τ₁+ τ₂). Теперь рассмотрим предлагаемый способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха. Используется трехимпульсная программа. При этом устанавливают: 1) временной интервал τ₂ между вторым и третьим импульсами как можно меньше; 2) временной интервал τ₁ между первым и вторым импульсами из условия: T₂ > τ₁ > 2τ₂, где T₂ - время поперечной релаксации возбуждаемого перехода; 3) период повторения T₀ импульсной последовательности уменьшают до тех пор, пока не наблюдают максимумы сигналов эха в промежутке между первым и вторым импульсами.

При таком трехимпульсном воздействии на образец наблюдаются следующие сигналы эха: первый сигнал с амплитудой
в момент времени t = τ₂;
второй сигнал с амплитудой

в момент времени t = 2τ₂;
третий сигнал с амплитудой

в момент времени t = 2τ₁;
четвертый сигнал с амплитудой

в момент времени t = 2τ₁+ τ₂;
пятый сигнал с амплитудой

в момент времени t = τ₁+2τ₂;
шестой сигнал с амплитудой

в момент времени t = 2(τ₁+ τ₂)].
Здесь (I'_x)_m+1,m - оператора I_x, в представлении квадрупольного гамильтониана H_g; A_i(x₁, x₂, x₃)- тригонометрические функции угловых длительностей радиочастотных импульсов; τ₁ и τ₂- временные интервалы между первым и вторым и между вторым и третьим импульсами; m - магнитное квантовое число.

Предлагаемый способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха проверен на поликристаллических образцах KReO₄ (резонанс ядер ¹⁸⁵Re, ¹⁸⁷Re), SbCl₃ (резонанс ¹²¹Sb, ¹²³Sb), BiCl₃ (резонанс ²⁰⁹Bi) в температурном диапазоне 77 - 300 К. Экспериментальный результат хорошо согласуется с расчетными данными. В случае KReO₄ (резонанс ядер ¹⁸⁷Re, J = 5/2, ν₂= 55,651 МГц, переход 5/2 - 3/2, Т = 77 К, T₂ = 390 мкс, T₁ = 4800 мкс) при τ₁ = 120 мкс, τ₂ = 50 мкс наблюдаются шесть сигналов квадрупольного спинового эха в следующие моменты времени:
t₁ = 50 мкс, t₂ = 100 мкс, t₃ = 220 мкс,
t₄ = 240 мкс, t₅ = 290 мкс, t₆ = 340 мкс.

Максимум амплитуд сигналов эха в моменты времени t₁ и t₂ наблюдаются при
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет наблюдать при трехимпульсном возбуждении сигналы эха, которые раньше не регистрировались, что позволяет получать дополнительную информацию о взаимодействии вещества с радиочастотным полем.

Формула изобретения

Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, трехимпульсной последовательностью радиочастотных импульсов с частотой заполнения, равной резонансной частоте возбуждаемого перехода, с временными интервалами τ₁ и τ₂ между ними, с периодом повторения T₀ и регистрацию сигналов отклика, отличающийся тем, что временной интервал τ₁ между первым и вторым импульсами устанавливают больше чем два временных интервала τ₂ между вторым и третьим импульсами, но меньше времени поперечной релаксации T₂, а период повторения T₀ импульсной последовательности уменьшают до тех пор, пока не наблюдают максимумы амплитуд сигналов эха в промежутке между первым и вторым импульсами.

РИСУНКИ

Рисунок 1