극한의 상황에서도 응집 물질의 전자 화학적 특성을 프로빙을위한 새로운 도구 : 기가 파스칼의 압력에서 고감도 핵 자기 공명

Thomas Meier; Jürgen Haase

doi:10.3791/52243

방법 논문

극한의 상황에서도 응집 물질의 전자 화학적 특성을 프로빙을위한 새로운 도구 : 기가 파스칼의 압력에서 고감도 핵 자기 공명

11.1K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/52243

⸱

2014년 10월 10일

Thomas Meier¹ , Jürgen Haase¹

¹Faculty of Physics and Earth Sciences, University of Leipzig

이 논문에서

요약

핵 자기 공명은 가장 중요한 분광 도구 중 하나입니다. 여기에서는 현재 최대 10.1 GPa의 고압에서 새로운 접근 방식의 개발이 제시됩니다. 이는 고압 연구가 매우 중요한 응집 물질 물리학 및 화학에 대한 새로운 창을 열어줍니다.

초록

핵자기공명(NMR)은 응집 물질 시스템, 화학 구조 및 전자 특성 연구를 위한 가장 중요한 기술 중 하나입니다. 고압을 가하면 새로운 물질을 합성할 수 있지만 고압에 대한 알려진 물질의 반응은 전자 구조를 연구하고 이론을 개발하는 데 매우 유용한 도구입니다. 예를 들어, 고압 합성은 생명의 기원에 있을 수 있습니다. 그리고 극도의 압력 하에서 작은 분자의 행동을 이해하는 것은 우리 우주의 근본적인 과정에 대해 더 많은 것을 알려줄 것입니다. 고압에서 NMR을 사용할 수 있도록 하는 데 항상 큰 관심이 있었던 것은 놀라운 일이 아닙니다. 불행히도, 원하는 압력은 종종 기가파스칼(GPa) 범위에 속하며 매우 작고 한적한 부피만 사용할 수 있는 특수 앤빌 셀 장치가 필요합니다. 이로 인해 과거에는 NMR의 사용이 거의 완전히 제한되었으며, 최근에야 샘플 챔버 내부에 공진 마이크로 코일이 있는 고감도 GPa NMR에 대한 새로운 접근 방식이 제시되었습니다. 이 접근 방식을 통해 NMR의 힘을 기가파스칼 압력 응집 물질 연구에 적용하는 실험을 통해 높은 감도를 달성할 수 있습니다. 첫 번째 응용 분야, 일반 알루미늄 금속에서 토폴로지 전자 전이를 감지하고 고온 초전도성에서 의사 갭을 닫는 것은 이러한 접근 방식의 힘을 보여줍니다. 한편, 표준 보어 NMR 자석에 맞는 차세대 앤빌 셀(최대 10.1GPa)로 달성 가능한 압력의 범위가 엄청나게 증가했습니다. 이 접근 방식은 이제 매우 다재다능한 프로브의 눈으로 구조적 변화를 관찰할 수 있기 때문에 화학, 지구화학 및 물리학에서 많은 응집 물질 시스템을 조사하는 데 새롭고 중요한 도구가 될 수 있습니다.

서론

지난 세기의 시작 부분에서 높은 수압 압력에서 응축 물질의 퍼시 브리지 먼의 특징 실험 이후, 고압 물리학의 분야는 급속 ^한 발전했다. 흥미로운 현상의 많은 여러 GPa로 ^(2)의 압력에 따라 발생하는 것으로 알려져있다. 또한, 고압으로 응축 물질 시스템의 응답은 우리에게 자신의 전자 지상과 흥분 상태 ^3,4에 대해 많은 것을 가르쳤다.

불행하게도, 기가 파스칼의 압력에서 응축 물질의 전기적 성질의 조사 기술은 X 선이나 방법 ^5를 선도 DC 저항 측정으로 드물다. 특히, 전자 스핀 (ESR) 또는 핵 자기 공명 (NMR) 실험으로 전자 또는 핵 자기 모멘트의 검출은 하나의 신호를 검색 할 필요 전형적인 고압 앤빌 세포에서 구현하는 것은 거의 불가능할 수밖에 작은 Volume 받침대 및 밀봉 가스켓에 안치.

몇몇 그룹이 복소 배열을 사용하여이 문제를 해결하는 시도 등이 분할 한 쌍의 무선 주파수 (RF) 코일은 받침대 ^(6)의 측면을 따라 감겨, 단일 또는 이중 루프 머리 핀 공진기 ^7,8; . 예컨대 ^1과....