Spinrelaxatietijden

Spinrelaxatietijden verwijzen naar tijdsconstanten die beschrijven hoe een magnetisch spin systeem terugkeert naar thermisch evenwicht na een verstoring met een radiofrequente puls. In velden zoals kernspinresonantie (NMR), electron spin resonance (ESR) en magnetische resonantie-imaging (MRI) zijn de belangrijkste relaxatieparameters T1 en T2, terwijl T2* de effect van veldinhomogeniteiten op de dephasing aangeeft. Deze tijden geven inzicht in de dynamiek van het systeem en de omgeving waarin de spins zich bevinden.

T1, de spin-lattice relaxatietijd, is de tijdsconstante voor het herstel van de longitudinale magnetisatie langs het externe veld naar zijn evenwichtwaarde. Dit proces verloopt via energie-uitwisseling tussen de spins en de omliggende roosterwandelingen of fononen van het materiaal. T2, de spin-spin relaxatietijd, beschrijft de afname van de transversale magnetisatie door verlies van coherentie tussen spins, veroorzaakt door onderlinge spin-interacties en lokale veldinhomogeniteiten. Bij T2 vindt meestal geen netto energie-uitwisseling met de omgeving plaats. T2* is een aanduiding voor de kortere, effectieve dephasingtijd die ook ontstaat door magnetische veldonvolkomenheden.

Metingen gebeuren met bepaalde NMR/ESR-sequenties: T1 wordt vaak bepaald met inversie-herstel experimenten, T2 met spin-echo technieken, en T2* met gradient-echo metingen. De relaxatietijden hangen af van factoren zoals temperatuur, magnetische veldsterkte, moleculaire beweging, materiaalsoort en verontreinigingen. In vloeistoffen zijn T1 en T2 vaak relatief vergelijkbaar, terwijl in vaste materialen T2 meestal aanzienlijk korter is dan T1.

Toepassingen en belang: relaxatietijden leveren informatie over moleculaire dynamiek, structuur en sammensetzung; ze vormen cruciale parameters voor MRI-contrast, materialenonderzoek en in de quantuminformatie voor het beoordelen van coherentie-tijden en decoherentie.