1 / 51

Emmanuel Baudin Laboratoire Kastler Brossel UPMC/ENS/CNRS

Dynamique RMN non linéaire et renversement temporel dans les mélanges d' 3 He- 4 He hyperpolarisés à basse température. Emmanuel Baudin Laboratoire Kastler Brossel UPMC/ENS/CNRS Equipe Hélium polarisé, fluides et solides quantiques Sous la direction de Pierre-Jean Nacher.

gretchen-mcintosh
Download Presentation

Emmanuel Baudin Laboratoire Kastler Brossel UPMC/ENS/CNRS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Dynamique RMN non linéaire et renversement temporel dans les mélanges d'3He-4He hyperpolarisés à basse température Emmanuel Baudin Laboratoire Kastler Brossel UPMC/ENS/CNRS Equipe Hélium polarisé, fluides et solides quantiques Sous la direction de Pierre-Jean Nacher Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  2. Introduction à la résonance magnétique RMN : évolutionlibreouforcéedans un champ rf des états de spin nucléaire (1/2) dans un champ magnétique principal Dans un fluidemonoatomique : états de spin nucléaireassociés à l’aimantation locale m(r,t) dontl’évolutionestrégie par uneéquation de Bloch : Habituellement, B=B0 +dB0(r) +Brf(t) >> Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  3. Introduction à la résonance magnétique RMN : évolutionlibreouforcéedans un champ rf des états de spin nucléaire (1/2) dans un champ magnétique principal Dans un fluidemonoatomique : états de spin nucléaireassociés à l’aimantation locale m(r,t) dontl’évolutionestrégie par uneéquation de Bloch : Habituellement, B=B0 +dB0(r) +Brf(t) >> Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  4. Introduction à la résonance magnétique RMN : évolutionlibreouforcéedans un champ rf des états de spin nucléaire (1/2) dans un champ magnétique principal Dans un fluidemonoatomique : états de spin nucléaireassociés à l’aimantation locale m(r,t) dontl’évolutionestrégie par uneéquation de Bloch : Habituellement, ~ ~ B=dB0(r) +Brf(t) Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  5. Introduction à la résonance magnétique RMN : évolutionlibreouforcéedans un champ rf des états de spin nucléaire (1/2) dans un champ magnétique principal Dans un fluidemonoatomique : états de spin nucléaireassociés à l’aimantation locale m(r,t) dontl’évolutionestrégie par uneéquation de Bloch : ~ ~ • + Bdip(r) B=dB0(r) +Brf(t) A forte densitéd’aimantation , le champ magnétique des autres spins doitêtreconsidéré. Terme non linéairedansl’équation de Bloch Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  6. Dynamique RMN non linéaire : le champ dipolaire Champdipolaire: champ magnétique local créé par l’ensemble de l’échantillon B0 m’ m r ’ r Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  7. Dynamique RMN non linéaire : le champ dipolaire Champdipolaire: champ magnétique local créé par l’ensemble de l’échantillon r mmol.cm-3 Fdip= gBdip/2p Ordre de grandeur : Bdip~µ0.P.r Dans les mélanges d’3He-4He : Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  8. B0 He-3 Effets du champ dipolaire lointain Instabilité de précession à grand angle de basculement T1/2 ~1/gBdip Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  9. B0 He-3 Effets du champ dipolaire lointain Instabilité de précession à grand angle de basculement Croissanceexponentielle du défautd’aimantationmoyenne (S-S0) G~ Fdip Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  10. Effets du champ dipolaire lointain : Etude numérique Signal calculé Cartes d’aimantation z Échelle relative Échelle absolue Coupe XY M initiale purement transverse, dM/M initiale 10-4 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  11. Echo de Hahn } Perte par diffusion 180° z 180° Bdip=0 D =2 .10-3 cm2/s Gz= 0,5 mG/cm Modulation : kz= gGz t Coupe YZ Mx/M0 1,0 Z 0,0 -1,0 Y Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  12. Echo de Hahn et effets dipolaires 180° z 180° Fdip=30 Hz D =2 .10-3 cm2/s D =0 Gz= 0 Coupe YZ Y Mx/M0 Avec diff. Z D=0. 1,0 0,0 -1,0 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  13. Sommaire Introduction I. Renversement temporel de l’évolution instable II. Mises en œuvre et performances Perspectives et conclusion Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  14. I. Renversement temporel de l’évolution instable Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  15. La dépendance angulaire du champ dipolaire Dépendance angulaire Dépendance spatiale 2 - Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  16. Contrôler l’interaction dipolaire : le sandwich magique Pendant la rf, Brf >> Bdip : traitement perturbatif de l’interaction dipolaire rfx y y y t • t

  17. Principe du sandwich magique m’z Evolution libre 2 dBdip x z z z z m’z Evolution forcée x x x y y y y Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  18. Principe du sandwich magique m’z Evolution libre 2 -1 dBdip dBdip x z z z z Evolution forcée x m’z y y y y rf x x x Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  19. Principe du sandwich magique Evolution libre m’x -1 dBdip x x z z z z Evolution forcée x x x y y y y m’x Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  20. Principe du sandwich magique Evolution libre 1 m’x -1 dBdip dBdip x z z z z _ Evolution forcée 2 x -1 0 1/2 rf x y y y y m’x x 2 x Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  21. Principe du sandwich magique Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  22. II. Résultats expérimentaux Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  23. Préparation du mélange d’3He-4He liquide Pompage optique par laser Polarisation 50% dans le gaz à 300K Temps de relaxation : des heures Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  24. Le volume expérimental Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  25. Le volume expérimental La thermalisation lHe 1,1 K Pot à 4He 1cm Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  26. Les antennes RMN Emission Ecrantage Réception Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  27. ~9° B0 m i Influence du couplage avec le circuit de détection Brf Exemple dans l’3He hyperpolarisé gazeux à 4,2K f.e.m. Le dispositif de contre-réaction réduit le couplage échantillon / circuit de détection sans dégrader le rapport signal à bruit Bdip négligeable Bobine de détection accordée : surtension Q Q=1,4 Q=14 Contre-réaction x 10 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  28. Les outils Expérience Simulation numérique Résolution de l’éq. de Bloch à 3D incluant : Bdip, D, inhomogénéité de B0 et Brf, séquences rf,… Réseau périodique cubique NxNxN sur PC : Nmax ~128 T~1,1 K x3 ~1-6% 95% de l’3He en phase liquide Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  29. Echo par renversement temporel t= - t Libre Piloté par rf Libre • 2t • 2t Bdip (µT) t 4t 0,8 ? ? t =70 ms Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  30. Echo par renversement temporel t= - t Libre Piloté par rf Libre • 2t • 2t Bdip (µT) t 4t 0,8 ? ? t =70 ms Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  31. Echo par renversement temporel t= - t Bdip (µT) t 4t 0,8 1,0 t =70 ms Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  32. Echo par renversement temporel t= - t Bdip (µT) t 4t 0,8 1,0 1,5 t =70 ms Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  33. Remonter progressivement le temps t t ’ ’ t /2t : ’ 1/3 Bdip=0,9 µT Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  34. Remonter progressivement le temps t t ’ t /2t : ’ 1/3 2/3 Bdip=0,9 µT Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  35. Remonter progressivement le temps t t ’ t /2t : ’ 1/3 2/3 1 Bdip=0,9 µT Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  36. Amplitude du demi-écho vs Bdip Bdip croissants t • 2t 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,8 1,0 0,2 0,4 0,0 0,6 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  37. Amplitude du demi-écho vs x3 1,0 ne joue aucun rôle. 0,8 t • 2t x3 0,6 Amplitude relative de l’écho 0,8 % 0,4 1,3-1,6 % 2,4 % 0,2 3,2-3,7 % 7,3 % 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 Bdip (µT) Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  38. Trains d’échos Temps de cohérence de phase augmenté de 3 ordres de grandeur! Evolution libre instable observée après le dernier sandwich Dernier sandwich magique Te=6t Te=96 ms t 4t Bdip=0,8 µT x3 =4,1% D~2 .10-3 cm2/s Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  39. Trains d’échos • Evolution en 2 temps (aux longuespériodes Te) : • rapidedécroissanceinitiale : refocalisation imparfaite des cartesd’aimantationsinstables • lentedécroissance du signal : stabilisation active de M transverse Te=96 ms Te=144 ms Te=240 ms Bdip=0,8 µT x3 =4,1% D~2 .10-3 cm2/s Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  40. Trains d’échos Te=132 ms Te=96 ms Te=180 ms Te=144 ms Te=240 ms Te=240 ms D~10-2 cm2/s Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  41. Décroissance lente du train d’échos Observations Conclusions Atténuation par diffusion, origine : l’inhomogénéité du champ rf Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010 Le taux de décroissance : • Ne dépend pas de Bdip • Est proportionnel 1/x3 • Ne dépend pas de la période du RMS • Effet d’aimantation forte exclu • Atténuation par diffusion… • … mais pas à cause dB0(r)

  42. L’inhomogénéité du champ rf Calcul par éléments finis des cartes d’amplitude Brf,x Thermalisation Modifier la thermalisation Alternative : impulsions composites robustes contre l’inhomogénéité du champ rf ce travail : qjqj 90° 180° x (9% plus courte -> moins de rf, efficacité équivalente) 90° 180° 180° 90° a1 a2 x (Wimperis 1990) Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  43. Défaut intrinsèque du sandwich magique B0, Brf parfaitement homogènes Renversement idéal 90° : rf x 10 t • 2t 90° : rf x 1 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  44. Le sandwich totalement magique Renversement idéal 90° : M90°, rf x 1,35 90° : rf x 10 t • 2t 90° : rf x 1 M90° = 180°x,180°y, 90°y, -90°y { Rf x 2 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  45. Le sandwich totalement magique Renversement idéal 90° : M90°, rf x 1,35 t • 2t 90° : rf x 10 M90° = 180°x,180°y, 90°y, -90°y { 90° : rf x 1 Rf x 2 Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  46. Bilan • Observation de trains d’échos dans un échantillon dominé par les interactions dipolaires • Limites de la refocalisation comprises : • Les améliorations à apporter : • L’atténuation de l’inhomogénéité de l’aimantation induite par : • Le champ rf appliqué • et pas le développement des instabilités de précession. • Améliorer l’homogénéité du champ rf • Utiliser des impulsions composites magiques Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  47. Perspectives • Caractérisation des échelles spatiales se développant lors de l’évolution non linéaire complexe Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  48. Perspectives • Étude des effets conjugués du couplage dipolaire et du couplage échantillon/circuit de détection • Les séquences développées sont des outils utilisables dans de nombreux contextes : • RMN du solide • Information quantique • Applications à d’autres études dans les liquides dipolaires Emmanuel Baudin 22 Septembre 2010

  49. Merci!

  50. Du référentiel tournant… z m’ z m y y x x

More Related