自旋动力学第八章 核自旋的哈密顿量

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1、第八章核自旋的哈密顿量NuclearSpinHamiltonian核自旋的运动：SchrödingerequationHamiltonian（能量）8NuclearSpinHamiltonian核自旋与外加磁场的相互作用静磁场，Zeeman作用射频磁场，操纵自旋相互作用性质和类别：相互作用的大小、时间尺度NMR谱，弛豫能级修正或分裂，本征态混合（能级混合）NMR谱特征核自旋哈密顿性质，大小8NuclearSpinHamiltonian8.1SpinHamiltonianHypothesisInteractions:核-外磁场作用（externalmagneticfield）核-核（nu

2、cleus-nucleus）核-电子（nucleus-electron）FullHamiltonianandoperator（完整H算符)包括所有上述粒子间相互作用positions,velocities,andspinstatesofalltheelectronsandnuclei.NuclearspinHamiltonian:dependingonthedirectionsofthenuclearspinpolarizations.themagneticandelectricalinfluencesoftherapidlymovingelectrons:AverageandNucl

3、earSpinHamiltonianElectromagneticInteractionsElectric(quadrupolar)magneticexternalmagneticfield(staticB0;RFfield:Brf(t)internalmagneticinteractions(dipole-dipole;J-coupling)掌握：相互作用性质和类别能级修正或分裂，本征态混合（能级混合），弛豫四极相互作用电磁相互作用8.2ElectromagneticInteractions核与环境的相互作用（Thenucleusinteractswithitsenvironment

4、）：与电场作用（itinteractswithelectricfields）与磁场作用（it(magneticmoment）interactswithmagneticfields）Anisotropic:electromagneticInteractionsOrientationdependenceofthenuclearenergyQuadrupolarinteraction(I>1/2)（电磁相互作用）电场磁场8.2.1ElectricspinHamiltonianTheelectricenergydependsonnucleusorientationwithrespecttoth

5、erestofthemolecule.高能量组态低能量组态完全电性相互作用核自旋算子？？？电性质的自旋Helec(I>1/2)四极核：非球形电荷分布取向相关(r)处于电势场(r)中核的电势能：(r)---核的电荷密度核中心处的电势物理意义点电荷-电势场的作用能量电偶极矩-电场的作用能量电偶极矩-电场强度核：中心对称的电荷分布无偶极矩，但电荷分布不均？位于电势场中核张量。。电场强度的梯度电四极矩电四极矩电四极矩-电场梯度的作用能量xyQxx,Qyy,QzzQxy,Qxz,QyzQyx,Qzx,Qzy(r)核：中心对称的电荷分布氢原子的轨道：核-外电势场的相互作用：核的电多极子:外

6、电势场电场梯度电场电势球形电荷电偶极电四极矩完全静电库伦互作用核自旋算子？？？8.2.1ElectricspinHamiltonian电场梯度V(2)（核所处的环境）（thegradientoftheelectricfield）Theelectricenergydependsonnucleusorientationwithrespecttotherestofthemolecule.高能量组态低能量组态完全静电库伦互作用核自旋算子？？？作用于核处的电场梯度0（核周围电荷分布）非球称性核：非球对称的电荷分布（核固有）四极相互作用0，两个要素：核-环境的电性作用电四极矩（核固有电荷分布）

7、电四极矩：核zz核：非球对称的电荷分布（核固有）四极相互作用与作用于核处的电场梯度密切相关（核周围电荷分布）球或立方对称环境非球对称电荷环境电场梯度V(2)=013C2D电场梯度V(2)08.2.2磁性的自旋相互作用Magneticspininteractions8.3.1Spininteractions:summary8.3ExternalandInternalSpinInteractions8.4ExternalMagneticField