title: Nuclear dipole interactions in solid Xe-129 measured with NMR
title: NMR Untersuchung der Kern-Dipol-Dipol-Wechselwirkung im Xe-129 Festkörper
Creators: name: Potzuweit, Alexander
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Xenon-129
moments of the resonance line
Hyperpolarisierung
spin diffusion
NMR-Spektroskopie
NMR
Spindiffusion
Physics
hyperpolarization
xenon-129

description: Diese Arbeit beschäftigt sich mit
      Kernspinmessungen an hyperpolarisiertem Xe-129. Mit Hilfe des
      optischen Pumpens von Rubidium und Spintransfer kann die
      Kernpolarisation des Xenon um fünf Größenordnungen über das
      thermische Gleichgewichtsniveau angehoben werden. Dies
      erlaubt es, auch sehr kleine Proben spektroskopisch zu
      untersuchen, z.B. dünne Filme auf Metallsubstraten. Im Rahmen
      dieser Promotion wurde die Umstellung auf eine neue
      Polarisationsapparatur abgeschlossen, mit der es möglich ist,
      das spektroskopisch aktive Xe-129 mit anderen Gasen zu
      mischen. Insbesondere Mischungen mit spektroskopisch
      inaktivem Xe-132 sind interessant, weil sich hierdurch die
      Dipol-Dipol-Wechselwirkung der Kernspins über den Abstand der
      Kerne variieren lässt. Die Linienform der Kernspinresonanz
      von Xe-129 Festkörpern wird von dipolaren Effekten dominiert.
      Da es nicht möglich ist, diese Linienform analytisch zu
      berechnen, wird in dieser Arbeit auf die Momente der
      Resonanzlinie zurückgegriffen. Die Parameterabhängigkeiten
      der ersten drei Momente von der Polarisation und dem
      Mischungsverhältnis werden quantenmechanisch hergeleitet und
      in der Folge mit experimentellen Kernspinmessungen
      verglichen. Um die Momente aus den experimentellen Daten zu
      extrahieren, wird hierzu eine Produkt-Fit-Funktion
      vorgeschlagen. Eine Polarisationsbestimmung anhand der
      Schiefe der Resonanzlinie wird diskutiert. Ein weiterer
      Effekt der Dipol-Dipol-Wechselwirkung ist die Spindiffusion,
      die eine wesentliche Rolle bei der Polarisationsrelaxation
      spielt. Es wird gezeigt, dass ein dünner Xe-129 Film auf
      einem Kupfersubstrat ein geeignetes Modell ist, um
      Spindiffusion experimentell in einem Quasi-1D System zu
      untersuchen. Wird die Dipol-Dipol-Wechselwirkungso durch
      Verdünnung fast vollständig unterdrückt erhält man
      Resonanzen, die schmal genug sind, um Annealing-Effekte im
      gefrorenen Xenon-Gemisch zu untersuchen.
description: This thesis describes nuclear
      magnetic resonance experiments on hyperpolarized Xe-129. With
      spin exchange optical pumping on rubidium it is possible to
      enhance the Xe-129 spin polarization to five orders of
      magnitude above its thermal equilibrium. This allows for
      experiments on small samples, like films on metal substrates.
      During this graduation the installation of a new polarization
      apparatus was completed. With it, it is possible to create
      mixtures of Xe-129 with other gases. Mixtures with spin-less
      Xe-132 are of particular interest, because they allow the
      manipulation of nuclear dipole-dipole interactions through a
      variation of the distance. The line shape of solid Xe-129
      nuclear magnetic resonances is dominated by dipolar effects.
      Since an analytical calculation of the resonance shape is
      impossible, the moments may be used instead. The parameter
      dependencies of the first three moments on the polarization
      and the mixing ratio are quantum mechanically calculated and
      then verified in experiments. To extract the moments from
      experimental data a product fit function is introduced, and a
      determination of the polarization from the skewness of the
      resonance line is discussed. The dipole-dipole interaction is
      also responsible for spin diffusion, which plays an important
      role in the relaxation. A thin xenon film on a copper
      substrate may be used as a model system to investigate spin
      diffusion in a quasi-1d system. If the dipole-dipole
      interaction is entirely suppressed by dilution, it is
      possible to observe annealing effects in the frozen xenon
      mixture.