<sup>129</sup>Xe NMR – highly polarized thin films

Peter Gerhard; Matthias Koch; Heinz J. Jänsch

doi:10.1016/j.crhy.2004.02.007

¹²⁹Xe NMR – highly polarized thin films
[RMN du ¹²⁹Xe – films fins hautement polarisés]

Présenté par : Guy Laval

Peter Gerhard ¹ ; Matthias Koch ¹ ; Heinz J. Jänsch ¹

¹ Department of Physics and Center for Materials Science, Philipps Universität Marburg, 35032 Marburg, Germany

Comptes Rendus. Physique, Volume 5 (2004) no. 3, pp. 297-304.

Résumé
Abstract

Nous étudions les effets macroscopiques de l'aimantation nucléaire. Le xénon fortement polarisé est souvent utilisé pour accroı̂tre la sensibilité d'exploration par RMN de poreux, de liquides dilués ou pour effectuer l'imagerie en phase gaseuse. Toutefois, en phase condensée les échantillons de xénon, dont le spin nucléaire est fortement polarisé, disposent d'une aimantation dépendante de la densité de spins nucléaires. Ceci induit un champ magnétique supplémentaire, qui est utilisé afin de mesurer la polarisation de l'échantillon, quand la densité est connue. Nous trouvons ici P_z≈0,8 ce qui correspond à une température de spin de 0,5 mK. Nous utilisons du xénon contenant une teneur isotopique de 0,71 en ¹²⁹Xe. Pour des hautes abondances isotopiques en ¹²⁹Xe et pour des fortes polarisations nucláires, la largeur de raie dipolaire est considérablement réduite. Nous trouvons pour de faibles angles d'excitation une réduction de 650 à 400 Hz. Nous étudions ce phénomène en utilisant la géométrie d'un film mince et en prenant en compte l'effet de la susceptibilité du substrat et celle du film de xénon. L'angle macroscopique entre la normale au film et le champ extérieur affecte fortement, à travers l'effet de la polarisation, le décalage fréquentiel et la largeur de la raie. La fréquence de résonance varie effectivement suivant la loi en cos²θ avec une amplitude attendue ; cependant la dépendance de la largeur de raie en fonction de θ reste incomprise. L'étude de la relaxation du ¹²⁹Xe dans le film condensé permet de mesurer T₁=15±1,8 min, une valeur bien plus courte qu'attendue.

We studied the macroscopic effects of nuclear magnetization. Highly polarized xenon is often used to increase the sensitivity in NMR investigations of porous media, diluted liquids or for imaging in the gas phase. In the condensed phase, however, highly nuclear spin polarized xenon also possesses a sizable magnetization due to the nuclear spin density. This results in an additional magnetic field, that is used to measure the polarization of the sample, when only the particle density is known. Here we find P_z≈0.8 corresponding to a spin temperature of 0.5 mK. We use isotopically enriched xenon with a ¹²⁹Xe abundance of 0.71. At high abundance of ¹²⁹Xe and high nuclear polarization the dipolar linewidth is considerably reduced. We find for small angle excitation a reduction from 650 Hz to 400 Hz. We investigate this using a thin film geometry. The susceptibility effects of the substrate and the Xe film are treated. The macroscopic angle between the normal of the film and the external field strongly changes the polarization induced line shift and line width. The first follows an expected cos²θ dependence with an understood amplitude the latter however is not understood up to now. Relaxation of ¹²⁹Xe in the condensed film is observed to be T₁=15±1.8 min, much faster than expected.

Publié le : 2004-04-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2004.02.007

Keywords: Nuclear magnetic resonance (NMR), ¹²⁹Xe, Optical pumping, Dipolar line width
Mot clés : Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), ¹²⁹Xe, Pompage optique, Largeur de raie dipolaire

Affiliations des auteurs :

Peter Gerhard ¹ ; Matthias Koch ¹ ; Heinz J. Jänsch ¹

¹ Department of Physics and Center for Materials Science, Philipps Universität Marburg, 35032 Marburg, Germany

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Peter Gerhard; Matthias Koch; Heinz J. Jänsch. ¹²⁹Xe NMR – highly polarized thin films. Comptes Rendus. Physique, Volume 5 (2004) no. 3, pp. 297-304. doi : 10.1016/j.crhy.2004.02.007. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2004.02.007/

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