kernemagnetiske

Kernemagnetisme omhandler magnetiske egenskaper som oppstår fra atomkjernens magnetiske moment og dets samspill med magnetfelt. Mange kjerner har et kjerne-spin I og dermed et magnetmoment μ, som gjør at kjernen oppfører seg som en liten magnet i et eksternt felt. I et statisk felt B0 deles energinivåene av Zeeman-effekten, og kjernene presterer rundt feltretningen med en frekvens kalt Larmor-frekvensen ω0 = γ B0, der γ er den gyromagnetiske ratioen til kjernen.

Denne magnetiske oppførselen fører til at materialers samlede magnetisering M svarer på feltet; ved termodynamisk likevekt er befolkningen av energinivåene avhengig av Boltzmann-fordelingen og den resulterende polarisasjonen er ofte liten ved romtemperatur. Kjernehenvendinger og interaksjoner med felter gir ulike signaler og bredder i spektra, spesielt for kjerner med I > 1/2 som kan ha quadrupolare interaksjoner som bredner linjer.

Nuklear magnetisme er grunnlaget for kjernevinkelresonans (NMR). NMR-teknikker bruker radiobølger til å påtvinge transisjoner mellom energinivåene og registrerer signaler som fri induksjonstidsignal (FID) og spin-øyeblikksbilder (spin-echo). Viktige parametre er T1 og T2-relaksasjonstider som beskriver prosesser for gjenoppretting av longitudinell og transverse magnetisering, samt kjemisk skift som avslører molekylmiljøer og koblingsmønstre (J-kobling).

Kernemagnetisme har bred anvendelse: NMR er sentralt i kjemi, biologi og materialvitenskap for å bestemme strukturer og dynamikk, mens magnetisk resonansavbildning (MRI) bruker protonenes NMR-signaler for medisinsk bildediagnostikk. Ikke alle kjerner har magnetmoment; kjernen må ha I ≠ 0 for å være magnetisk aktiverbar, og hos I > 1/2 kan quadrupolinteraksjoner dominate, spesielt i faste stoffer.