自旋动力学-第二章

NuclearMagnetismChapter2回顾电子磁性：轨道磁矩和自旋磁矩ＥＳＲ，ＥＰＲ(1980.1990年代）核磁性：核自旋磁矩微观磁性宏观磁性宏观磁性与核磁共振第二章核的磁性NuclearMagnetismChapter2电中性，Spinmagneticｍoment

？极化中子衍射：材料磁结构2.1NuclearspinsQuarkinteraction:Gluons(胶子)质子中子间Interaction：meson介子质子：自旋＝１／２；电荷＋ｅquark质子和中子的结构和自旋中子：自旋＝１／２；电荷０三个Ｑｕａｒｋ激发态（可忽略）nuclearexcitedstate核基态nucleargroundstateStructureofanucleusInter-exchangeforce(Interaction)

meson介子核的结构和自旋核子的磁矩排列一般服从能量最小原理：同种核子的磁矩成对抵消（部分符合）

dependingonnuclearstructure11B,35Cl3/2

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

奇数或偶数奇数常见核自旋量子数原子序数质量数2H,14N12C,16O,32S1奇数0

偶数偶数1H=p；12C=6p+6n2H=p+n；13C=6p+7n稳定同位数放射性同位素3H=p+2n14C=6p+8n核自旋－－－０,1/2,>1/2球形电荷分布NMR重要1/2核:非球对称的电荷分布S>1/2半整数核7LiS>1/2整数核旋磁比原因质子中子B0,Iz=MћZeemn能级分裂（自旋I）Zeeman能级量子数外磁场……Zeeman能级M=>0Zeemn能级分裂（自旋I=1/2）2.3外磁场中核自旋的进动NuclearspinsprocessNuclearspinsprocessbecause:1.theyaremagnetic2.theyhaveangularmomentum（作业）2.4Thermalequilibrium热平衡磁化强度Mz=M0Mz=M0纵向横向population高温近似<<Population(mthenergylevel):归一化因子第m能级布居数热平衡磁化强度ħB0

（11.74Tesla)=3.3×10−25JkBT

=4.1×10−21J高温近似例：1HħB0<<kT~4×10−9e(H2O)~-10-6<<100002ＮＭＲ和ＥＳＲ2.5Spin–LatticeRelaxation:NuclearParamagnetismPrecessioninafluctuatingfield.Bx(t)=cost

tCTransversefieldFluctuatingMicroscopicfieldb(x,y,z)Localfield.b1b2bt1t2Whatkindsofthelocalfields???.思考题：M热平衡后，快速、较慢、很慢降磁场，再B

???自旋点阵弛豫Mz

(t)=Meq（1−exp{−(t

−ton)/T1}）非平衡到平衡过程快慢——时间常数T1：弛豫时间2.6TransverseMagnetizationandTransverseRelaxationBx(t)~cost射频场自旋－自旋弛豫（横向）Whatkindsofthelocalfields???.2.7NMRSignal----FID

(FreeInductionDecay) 电信号(0>>1/T2)：DetectSensitivity(灵敏度）~M00~

3B2

Signal/Noise~M0/1/2~M01/2~5/2B3/2~dMx/dt~Meq0cos0tMx（脉冲ＦｏｕｒｉｅｒＮＭＲ）2时域电信号NMRSignal----连续波ＣＷＮＭＲ（频域）

发射CWRF

RF功率吸收总结Chapter2微观磁性：磁量子数M=-I，-I+1，……I磁矩：>0,<0（15N,17O）

不同核具有不同与磁场相互作用：Zeeman能级进动（process)不同核具有不同I和，不同能级分裂，不同进动频率非磁性核，1/2核，四极核总自旋量子数I=0,1/2,

1,3/2,2,5/2……无线电波（射频）＝/２～1---103MHz

微观磁性宏观磁性宏观磁性与核磁共振宏观磁性：热平衡：热平衡建立：Spin–LatticeRelaxationCurielaw核自旋系综（s