Tacke, Christian (2015)
Resonanzen in Field-Cycling-NMR an Molekülkristallen: (reversible) Spindynamik oder (irreversible) Relaxation?
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In Mehrspinsystemen mit Kernen vom Spin 1/2 und Kernen mit einer quadrupolaren Wechselwirkung, die über die Dipol-Dipol-Wechselwirkung gekoppelt sind, können sogenannte „Quadrupolare Dipps“ auftreten. Es gibt zwei Haupterklärungen für diesen Effekt: Polarisationstransfer und Relaxation. Die entsprechenden Messdaten ähneln sich sehr und ohne weitere Untersuchungen können diese in vielen Fällen nicht leicht unterschieden werden. Der physikalische und theoretische Hintergrund dieser beiden Phänomene unterscheidet sich sehr stark. Im Falle von keiner oder sehr langsamer Dynamik findet Polarisationstransfer statt. Dieser ist energieerhaltend im Spinsystem und kann vollständig mit Quantenmechanik auf dem Spinsystem beschrieben werden. Eine genaue Kenntnis der Kristallographie wird hierfür benötigt, da diese die relevanten Hamiltonians direkt beeinflußt. Für Systeme mit genügend schneller Dynamik tritt Relaxation auf und Energie fließt vom Spinsystem zum Gitter. Es ist also eine detailliertere theoretische Beschreibung nötig. Diese muss ein Modell der Dynamik beinhalten, meist in Form einer spektralen Dichte. Beide theoretischen Modelle sollten eine detaillierte Beschreibung des gesamten Spinsystems beinhalten. Eine Softwarebibliothek wurde entwickelt, um komplexe Spinsysteme modellieren zu können. Sie erlaubt die Simulation von Polarisationstransfer und Relaxation. Am Protonenleiter K3H(SO4)2 wurden NMR-Messungen durchgeführt. Ein Einkristall zeigt scharfe quadrupolare Dipps bei Raumtemperatur. Dynamik konnte mit Hilfe von Relaxationsmessungen und Literaturwerten ausgeschlossen werden. Eine Polarisationstransferanalyse wurde genutzt um die Effekte mit einer guten Übereinstimmung zu beschreiben. Als zweites System wurden Imidazolium-Molekülkristalle untersucht. Es wurde erwartet, daß die quadrupolaren Dipps durch Polarisationstransfer hervorgerufen wurden. Diese Annahme wurde eingehend analysiert und stellte sich als unwahr heraus. Eine Relaxationsanalyse zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten bei hohen Temperaturen. Hierbei wird eine zweistufige spektrale Dichte genutzt, was darauf hindeutet, daß es zwei getrennte dynamische Prozesse in diesem System gibt.

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