Echodetektiertes ESR-Spektrum

Das Elektronenspinecho, das durch die Rephasierung von Spinpaketen einer inhomogen verbreiterten ESR-Linie gebildet wird, trägt verwertbare Information vor allem in seiner Amplitude. Diese ist von einigen Faktoren abhängig, wie etwa dem externen B₀-Feld, den Zeitintervallen zwischen den Mikrowellenpulsen sowie der Zeit zwischen der Erzeugung einer paramagnetischen Spezies und dem Beginn der Pulssequenz.

Die Messung der Intensität des 2-Puls- oder 3-Pulsechos als Funktion des B₀-Feldes stellt ein zur CW-ESR-Spektroskopie alternatives Verfahren dar (Beispiel s. Kap. 6). Dabei mißt man das Integral über das Echo unter Vorschub des B₀-Feldes, wobei das Integrationsfenster t_i die Bedingung $t_{i} \gt 2\pi / \mbox{$\scriptstyle\Delta$}\omega$ ($\mbox{$\scriptstyle\Delta$}\omega$...Auflösung) erfüllen muß.

Da mit der Detektion des Echos direkt die z-Magnetisierung gemessen wird, besitzt diese Methode Vorteile gegenüber dem CW-Verfahren, bei der durch eine Feldmodulation die erste Ableitung des Absorptionsspektrums erzeugt wird. Bei breiten ESR-Signalen von zum Beispiel polykristallinen Proben kann man oft die geringe Änderung in der Steigung des Absorptionsspektrums nicht mit genügender Empfindlichkeit nachweisen.

Das ermöglicht die Untersuchung kurzlebiger Radikale oder Triplettzustände, die beispielsweise durch einen Laserpuls erzeugt werden. Dabei kann bei der Aufnahme des Spektrums systematisch der Abstand $\tau_{a}$ zwischen dem Laserpuls und dem ersten Mikrowellenpuls variiert werden. Das echodetektierte ESR-Spektrum liefert dann genau eine Momentaufnahme vom Zustand des Spinsystems zur Zeit $\tau_{a}\ge 0$ .

Zu beachten sind Einflüsse, welche die Amplitude und Form des Spinechos von dem idealen Echo abweichen lassen. Meist werden durch die B₁-Pulse nur ein Teil der ESR-Übergänge angeregt ('Lochbrennen') und transversale Magnetisierung geht durch spektrale Diffusion verloren. Auch ist die Form des Echos von der verwendeten Mikrowellenpulsform beeinflusst. Durch Wechselwirkung des Elektronenspins mit den Kernspins kann die Echointensität verändert werden, so daß bei der Aufnahme von echodetektierten Pulver-ESR-Spektren mit Linienverzerrungen gerechnet werden muß. Haben verschiedene Spinpakete unterschiedliche Phasengedächtniszeiten T_M, so werden sich die relativen Amplituden bei Spektren, die mit verschiedenen Interpulsabständen aufgezeichnet sind, unterscheiden.