Spin echo - Spin echo
Na ressonância magnética , um eco de spin é a reorientação da magnetização de spin por um pulso de radiação eletromagnética ressonante . A ressonância magnética nuclear moderna (NMR) e a imagem por ressonância magnética (MRI) fazem uso desse efeito.
O sinal de NMR observado após um pulso de excitação inicial decai com o tempo devido tanto ao relaxamento de spin quanto a quaisquer efeitos não homogêneos que fazem os spins na amostra precessarem em taxas diferentes. O primeiro deles, o relaxamento, leva a uma perda irreversível de magnetização. No entanto, a defasagem não homogênea pode ser removida aplicando um pulso de inversão de 180 ° que inverte os vetores de magnetização . Exemplos de efeitos não homogêneos incluem um gradiente de campo magnético e uma distribuição de mudanças químicas . Se o pulso de inversão for aplicado após um período t de defasamento, a evolução não homogênea irá se refazer para formar um eco no tempo 2 t . Em casos simples, a intensidade do eco em relação ao sinal inicial é dada por e –2t / T 2, onde T 2 é a constante de tempo para o relaxamento spin-spin. O tempo de eco ( TE ) é o tempo entre o pulso de excitação e o pico do sinal.
Os fenômenos de eco são características importantes da espectroscopia coerente que têm sido usadas em outros campos além da ressonância magnética, incluindo espectroscopia a laser e espalhamento de nêutrons . Os ecos foram detectados pela primeira vez na ressonância magnética nuclear por Erwin Hahn em 1950, e os ecos de spin às vezes são chamados de ecos de Hahn . Na ressonância magnética nuclear e na imagem por ressonância magnética , a radiação de radiofrequência é mais comumente usada.
Em 1972, F. Mezei introduziu o espalhamento de nêutrons de eco de spin, uma técnica que pode ser usada para estudar magnons e fônons em cristais únicos. A técnica agora é aplicada em instalações de pesquisa usando espectrômetros de eixo triplo.
Em 2020, duas equipes demonstraram que, ao acoplar fortemente um conjunto de spins a um ressonador, a sequência de pulso Hahn não leva apenas a um único eco, mas a toda uma seqüência de ecos periódicos. Nesse processo, o primeiro eco Hahn atua de volta nos spins como um pulso de reorientação, levando a ecos secundários auto-estimulados.
Princípio
O efeito do eco de rotação foi descoberto por Erwin Hahn quando ele aplicou dois pulsos sucessivos de 90 ° separados por um curto período de tempo, mas detectou um sinal, o eco, quando nenhum pulso foi aplicado. Esse fenômeno de eco de spin foi explicado por Erwin Hahn em seu artigo de 1950, e posteriormente desenvolvido por Carr e Purcell, que apontaram as vantagens de usar um pulso de reorientação de 180 ° para o segundo pulso. A sequência de pulso pode ser melhor compreendida dividindo-a nas seguintes etapas:
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Várias simplificações são usadas nesta sequência: nenhuma decoerência é incluída e cada giro experimenta pulsos perfeitos durante os quais o ambiente não fornece propagação. Seis spins são mostrados acima e eles não têm a chance de defasar significativamente. A técnica de spin echo é mais útil quando os spins diminuíram de forma mais significativa, como na animação abaixo:
Decadência do eco de rotação
Um experimento de decaimento de eco Hahn pode ser usado para medir o tempo de relaxamento spin-spin , conforme mostrado na animação abaixo. O tamanho do eco é registrado para espaçamentos diferentes dos dois pulsos. Isso revela a decoerência que não é reorientada pelo pulso π. Nos casos mais simples, um decaimento exponencial é medida, que é descrito pela T 2 o tempo.
Eco estimulado
O artigo de Hahn de 1950 mostrou que outro método para gerar ecos de spin é aplicar três pulsos sucessivos de 90 °. Após o primeiro pulso de 90 °, o vetor de magnetização se espalha conforme descrito acima, formando o que pode ser considerado uma "panqueca" no plano xy. A propagação continua por um tempo , e então um segundo pulso de 90 ° é aplicado de forma que a “panqueca” esteja agora no plano xz. Depois de mais um tempo, um terceiro pulso é aplicado e um eco estimulado é observado após esperar um tempo após o último pulso.
Eco de fóton
Ecos de Hahn também foram observados em frequências ópticas. Para isso, a luz ressonante é aplicada a um material com uma ressonância de absorção ampliada de forma não homogênea . Em vez de usar dois estados de spin em um campo magnético, os ecos de fótons usam dois níveis de energia que estão presentes no material mesmo em campo magnético zero.
Veja também
- Ressonância magnética nuclear
- Imagem de ressonância magnética
- Eco de rotação de nêutron
- Ressonância paramagnética de elétrons
Referências
Leitura adicional
- Ray Freeman (1999). Coreografia de spin: etapas básicas em RMN de alta resolução . Imprensa da Universidade de Oxford. ISBN 978-0-19-850481-8.
- Malcolm H. Levitt (2001). Spin Dynamics: Noções básicas de ressonância magnética nuclear . Wiley. ISBN 978-0-471-48922-1.
- Arthur Schweiger; Gunnar Jeschke (2001). Princípios da ressonância paramagnética de elétrons de pulso . Imprensa da Universidade de Oxford. ISBN 978-0-19-850634-8.
links externos
- Animações e simulações