Elektronenspinecho - ESE

Bei der Elektronenspinecho-Technik wird eine paramagnetische Probe einer Folge von kurzen Mikrowellenpulsen ausgesetzt und die spontane Emission von elektromagnetischer Strahlung in Form des sogenannten Spinechos (ESE) beobachtet (E. L. Hahn, 1950, [1]).

In der einfachsten Form eines ESE-Experiments bringt man das Spinsystem in ein konstantes Magnetfeld $\vec{B_{0}}$ und legt zwei kurze Pulse (ca. 10 bis 100 nsec) im zeitlichen Abstand $\tau$ an, die jeweils als zeitlich veränderliches Magnetfeld $\vec{B}_{1}(t)$ wirken, wobei $\vec{B}_{1} \perp \vec{B}_{0}$ ist und $\vec{B}_{1}(t)$ mit der magnetischen Resonanzfrequenz $\omega_{0}=\gamma_{e}B_{0}$ oszilliert.

Ein Mikrowellenpuls ist durch seine Dauer t_p und seine Amplitude B₁ charakterisiert, der Drehwinkel für die makroskopisch meßbare Magnetisierung ist $\beta=\gamma_{e}B_{1}t_{p}$, typischerweise $90^{\circ}$ und $180^{\circ}$. Zum Beispiel dreht ein $90^{\circ}_{x}$-Puls die Magnetisierung um die x-Achse im rotierenden Koordinatensystem um $90^{\circ}$. Eine Pulssequenz $90^{\circ}-\tau - 180^{\circ}-\tau$ wirkt derart auf die magnetischen Dipole, daß sie durch die zeitabhängige magnetische Wechselwirkung in dem Spinsystem nach dem ersten Puls dephasieren. Durch den zweiten Puls refokussieren sie zum Zeitpunkt $2\tau$ und bilden das Spinecho, dessen Amplitude proportional zur Gesamtmagnetisierung im Spinsystem ist.

Aus dem Echo läßt sich strukturelle Information ableiten, wenn die umgebenden magnetischen Kerne eine Zeitabhängigkeit des magnetischen Feldes am Ort des zu detektierenden Elektronenspins liefern. Dann ist das Echosignal der Elektronenspins in der Zeitskala der Pulsabstände moduliert [2,3,4,5]. Dies resultiert aus der Hyperfeinwechselwirkung zwischen Elektronen- und Kernspin [6,7] und enthält daher strukturelle Information ähnlich wie in der ENDOR-Spektroskopie ('eletron nuclear double resonance').