Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Optikailag detektált mágneses rezonancia Optikai spektroszkópia szeminárium Orbán Ágnes, Szirmai Péter 2012. március 22.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Optikailag detektált mágneses rezonancia Optikai spektroszkópia szeminárium Orbán Ágnes, Szirmai Péter 2012. március 22."— Előadás másolata:

1 Optikailag detektált mágneses rezonancia Optikai spektroszkópia szeminárium Orbán Ágnes, Szirmai Péter március 22.

2 Bevezetés Feladat: Kevés spin detektálása (vékony film, szennyezők kristályban, egy molekula) Megoldás: Optikai tartományba visszük az MR-t Miért jó: Érzékenyebb detektor Nagyobb energiájú fotonok Ezen belül fluoreszcencia: Időben és frekvenciában eltérő Hosszú relaxációs idő

3 Bevezetés A kezdetek (1993): Leiden-IBM Berlin-Bordeaux pp. 242pp. 244

4 Bevezetés Milyen anyagokon mérhető: pentacén szennyezők kristályban terrilén szennyezők kristályban nitrogén-vakancia kristályhibák gyémántban félvezetők rekombinációs folyamatai ElvárásokPentacén Fotokémiailag stabil Stabil Nagy fluoreszcencia (k1 nagy) 4.5×10 7 1/s k ISC <592 nm

5 Az FDMR spektroszkópia elméleti alapjai A pentacén alapállapot: molekulapályákon 2 e - ellentétes spinnel elektromosan gerjeszthető: π –π* átmenet kiválasztási szabály: 1. gerjesztett szinglet, legerjesztődés: fluoreszcencia lehetséges: ISC átmenet 1 S 1 -ből 3 T 1 -be a vizsgált rendszer: pentacén p-terfenil kristályba ágyazva valójában FDMR, közvetett mérés lézer-indukált fluoreszcencia, µhullám-gerjesztés fluoreszcencia- intenzitás csökken triplet állapotok közti MR átmenet tulajdonságai

6 ISC: nem sugárzó átmenet, molekulán belüli kcsh.-k okozzák pl. spin- pálya, 3 T 1 1 S 0 átmenet is ISC-vel lehetséges tovább finomítva, B=0 eset: triplet is felhasad: gerjesztett e - dipól-dipól kcsh.-ja miatt D: finomszerkezeti tenzor, átfedési integrál-jellegű tagok, A spin-Hamilton A felhasadás mértékére pentacén esetére (naftalénben) Strien et al, Chem. Phys. Lett., '80 : E=42.5 MHz, D= MHz. A felrajzolt sémához azonban elég a molekula D2h szimmetriája.

7 két- e - közelítésben sajátfüggvényei z komponensének sajátfüggvényeivel kifejezhetők: főtengely KR.-ben: megmutatható: s.é: X, Y, Z A spin-Hamilton

8 az egyes triplet állapotok betöltésére (p u ) és elhagyására (k u ) vonatkozó ISC ráták nem azonosak – molekula szimmetriája miatt, és függnek a környezettől: 2 rövid élettartamú, nagy populációjú állapot egy alig betöltött, hosszú élettartamú spin polarizált B nélkül is Az állapotok élettartama ábrának megfelelő e.s.-i populációk és legerjesztődési gyakoriság

9 az 1 S 1 ← 1 S 0 átmenet folyamatos, lézeres gerjesztése mágneses dipól-átmenet bármelyik 2 triplet közt lehetséges átmenet gerjeszthető megfelelő µhullámmal T z populációja növelhető, hosszú élettartam, „beragadnak” → kevesebben az 1 S 1 ← 1 S 0 átmenetben → a fluoreszcencia intenzitása csökken Az FDMR spektroszkópia

10 egyensúlyban: a T x -T z átmenetet telítve: a 3 triplet állapot összpopulációja változik, így 1 S 0 -é is: Az FDMR spektroszkópia

11 Fluoreszcencia > 22 ns × 1/ k ISC = 5 µs 1/k x =50 µs 1/k z =270 µs

12 amit a mérés során látunk: fluoreszcencia-intenzitás lecsökken T x,y -T z átmenetre az intenzitás ~ 20%-ot változik a rezonancia pontos helye függ a molekula kristálybeli környezetétől a jelalak általában aszimmetrikus a hiperfinom kcsh. miatt ergodicitás

13 A hiperfinom kölcsönhatás I. Protonok flip-flopja: 3 µs Tripletbe ugrás: 30 µs Egy adatpont felvétele: 10 s Az átmenet függ a rezonancia helyétől.

14 A hiperfinom kölcsönhatás II.

15 teljes spin-Hamilton: 1+2. tag sajátfüggvényei: lin. kombinációi A hiperfinom kölcsönhatás mágneses térben B 0 irányának és nagyságának változtatása → triplet-átmenetek eltolódnak → molekula főtengelyei meghatározhatók 3.tag: hiperfinom kcsh. B 0 = 0: másodrendben ad járulékot B 0 ≠ 0: saj. fv.-ek lineárkombinációk, lehetnek 1. rendű tagok → rezonancia-vonalak kiszélesednek

16 A hiperfinom kölcsönhatás mágneses térben

17 Tx-Tz Ty-Tz Speciális mérések I. Az állapotok élettartamának mérése

18 Speciális mérések II. Kvantum zaj mérése 2 állapotú rdsz. : N db. e - -ra: „shot-noise” π hossza 200 ns 0 π/2 π

19 Speciális mérések III. Spinkoherencia Rabi-oszcillációt keltünk → 100 ns a π pulzus MW-teljesítmény 20 W T2 szerint lecseng az oszcilláció → fázisvesztés

20 Más anyagok I. Nitrogén-vakancia gyémántban

21 ergodicitás mérés a sokaságon elrejti a „Center 2” hibát Más anyagok I. Nitrogén-vakancia gyémántban

22 Spektroszkópia egyetlen molekulán I. módszerek: folyadék fázisban: lézeres hűtés és csapdázás, gated fluorescence detection, áramlásos módszerek szilárd fázis: szennyezők spektroszkópiája dópolt kristályban folyékony He hőmérsékleten közeltéri pásztázó optikai spektroszkópia (SNOM v. NSOM) alapgondolat: gerjesztés lézerrel, majd az indukált fluoreszcens fotonok hatékony begyűjtése ahhoz, hogy egy molekulát lássunk a kristályban: dópolás kis koncentrációban ( mol/mol) a besugárzott térfogat minimalizálása (vékony kristályok, lézer fókuszálása kis fókusztávú lencsékkel, üvegszálas optika kis kilépő résére ragasztott kristályok), kb. 200 µm 3 érhető el, 5000 molekula

23 T kicsi, homogén vonalkiszélesedés (véges élettartam) << inhomogén kiszélesedés (a sokaság különböző abszorpciós frekvenciáinak statisztikája) – minden szennyező molekula kicsit eltérő környezetet érez az inhomogén kiszélesedést: Gauss-elsozlás, pentacénre: ~ GHz a homogén vonalak: Lorentz-függvény, pentacénre ~ 8 MHz 1 molekula kiválasztása: Δλ (lézer ) < Δλ (ih. kiszélesedés) λ (lézer) ~ ih. eloszlás szélére – itt kicsi az egységnyi frekvenciára eső elnyelők koncentrációja Spektroszkópia egyetlen molekulán II.

24 A mérési elrendezés Blokkvázlat A mintatér A mintatartó

25 Köszönjük a figyelmet!


Letölteni ppt "Optikailag detektált mágneses rezonancia Optikai spektroszkópia szeminárium Orbán Ágnes, Szirmai Péter 2012. március 22."

Hasonló előadás


Google Hirdetések