La resonancia magnética nuclear RMN es una poderosa herramienta científica utilizada en imágenes médicas y en la investigación de la estructura química de moléculas y compuestos. Una nueva investigación de la Universidad de Brown muestra una técnica que ayuda a adaptar la RMN para estudiar las propiedades físicas de las películas delgadas, dosnanomateriales tridimensionales y estados exóticos de la materia.
La RMN implica aplicar un fuerte campo magnético a la muestra y luego eliminarlo con pulsos de ondas de radio. El campo magnético alinea los momentos magnéticos, o "espines", de los núcleos atómicos dentro de la muestra. Las ondas de radio darán la vuelta a ciertos espines.núcleos en la dirección opuesta, dependiendo de la frecuencia de las ondas. Los científicos pueden usar la señal asociada de giros de giro a diferentes frecuencias para crear imágenes o determinar la estructura molecular de una muestra.
"La RMN es una técnica muy útil, pero la señal que obtienes es muy débil", dijo Vesna Mitrovic, profesora asociada de física y autora principal de la investigación, que se publica en Revisión de instrumentos científicos . "Para obtener una señal utilizable, necesita detectar muchos giros, lo que significa que necesita mucho material, en términos relativos. Gran parte del trabajo que estamos haciendo ahora en física es con películas delgadas que son partede pequeños dispositivos o materiales que tienen pequeños cristales con formas extrañas, y es realmente difícil obtener una señal de RMN en esos casos ".
Parte del problema tiene que ver con la geometría de la sonda utilizada para administrar los pulsos de radio y detectar la señal asociada. Por lo general, es un solenoide, una bobina cilíndrica dentro de la cual se coloca la muestra. La señal de RMN es más fuertecuando una muestra ocupa la mayor parte del espacio disponible dentro del cilindro, pero si la muestra es pequeña en comparación con el volumen del cilindro, como lo serían las películas delgadas y los nanomateriales, la señal se debilita a casi nada.
Pero durante los últimos años, el laboratorio de Mitrovic en Brown ha estado utilizando bobinas de RMN planas para una variedad de experimentos destinados a explorar materiales exóticos y estados extraños de la materia. Las bobinas planas se pueden colocar directamente o muy cerca de una muestra, yComo resultado, no sufren la pérdida de señal de un solenoide. Estos tipos de bobinas de RMN han existido durante años y se han utilizado para algunas aplicaciones específicas en imágenes de RMN, dice Mitrovic, pero no se han utilizado de la misma manera.como su laboratorio los ha estado usando.
Para esta última investigación, Mitrovic y sus colegas demostraron que las bobinas planas no solo son útiles para aumentar la señal de RMN, sino que diferentes geometrías de bobinas planas pueden maximizar la señal para muestras de diferentes formas y en diferentes tipos de experimentos.
Por ejemplo, en experimentos con películas delgadas de fosfato de indio semiconductor, los investigadores demostraron que las muestras muy pequeñas producen la mayor cantidad de señal cuando se colocan en el centro de la bobina circular plana. Para muestras más grandes y para experimentos en los que estáimportante para variar la orientación del campo magnético externo, una forma de línea serpenteante una línea que hace una serie de giros en ángulo recto funcionó mejor.
Mitrovic dice que la capacidad de obtener una señal en diferentes orientaciones de campo magnético es importante. "Hay materiales exóticos y estados físicos interesantes que solo se pueden sondear con ciertas orientaciones de campo magnético", dijo. "Así que saber cómo optimizar nuestrosondear eso es realmente útil "
Otra ventaja de las bobinas planas es que les da a los experimentadores acceso a su muestra, en lugar de tenerla enjaulada dentro de un solenoide.
"Muchos de los estados en los que estamos interesados son inducidos al manipular la muestra, aplicarle una corriente eléctrica o aplicarle tensión", dijo Mitrovic. "Las bobinas planas hacen que sea mucho más fácil poder hacerloesas manipulaciones "
Mitrovic espera que la orientación que brinda esta investigación sobre cómo optimizar las bobinas planas sea útil para otros físicos interesados en utilizar la RMN para investigar materiales exóticos y estados de la materia.
Los coautores de Mitrovic fueron Wencong Liu y Lu Lu, ambos de Brown. La investigación fue apoyada por una subvención de la National Science Foundation DMR-1608760.
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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