JP6660842B2 - 緩和時間測定方法及び磁気共鳴測定装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態に係る緩和時間測定方法及び電子スピン共鳴測定装置(ESR測定装置)について説明する。図1には、第1実施形態に係るESR測定装置の一例が示されている。このESR測定装置は、摂動的縦検出法(p−LOD−T1法)を実現する装置である。
以下、実施例1に係る緩和時間測定方法について説明する。実施例1では、サンプル10の量を変えつつ、摂動的縦検出法(p−LOD−T1法)によって見かけ上の緩和時間T1 *を測定し、スピン−キャビティ結合定数g(ω)と見かけ上の緩和時間T1 *との関係を求め、その関係に基づいて、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。具体的には、以下のステップ1〜5の手順に従って、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。
まず、ステップ1について説明する。ステップ1では、具体的には、ある量を有するサンプル10をキャビティ12内に配置した状態で、ある静磁場の下で、マイクロ波発振器18から供給されるマイクロ波を掃引し、ネットワークアナライザー36によって、キャビティ12のリターンロス(Qディップ、反射係数)を測定する。もちろん、電圧計38の検出結果に基づいてリターンロスを演算してもよい。次に、静磁場の強度を変えて同様の測定を行う。静磁場の強度を変えてこの測定を繰り返すことにより、磁場毎のキャビティ12のリターンロスの測定値が得られる。つまり、リターンロスの磁場依存性を示す実測データが得られる。
ステップ2では、サンプル10の量をN段階に変更し、各量のサンプル10を対象としてステップ1の処理を適用する。これにより、各量のサンプル10毎に、つまり、互いに異なる結合状態毎に、図3に示されているリターンロスの測定値(リターンロスの磁場依存性を示す実測の3次元マップ)が得られる。つまり、N個の3次元マップが得られる。個々の3次元マップ毎に、上記の式(6)(式(7))で定義されているS11パラメータの理論値をフィッティングさせ、リターンロスの測定値とS11パラメータの理論値との差が最小となるスピン−キャビティ結合定数g(ω)を求める。これにより、N個のスピン−キャビティ結合定数g(ω)が得られる。つまり、互いに結合状態が異なるN個のスピン−キャビティ結合定数g(ω)が得られる。
ステップ3では、N段階に変更された各量のサンプル10を対象として、ESR測定中に見かけ上の緩和時間T1 *が変化しない測定方法(つまり、ESR測定中に、スピン−キャビティ結合定数g(ω)の変化に起因する緩和速度の加速及び減速が生じない測定方法)によって、見かけ上の緩和時間T1 *を測定する。第1実施形態では、その測定方法としての摂動的縦検出法(p−LOD−T1法)によって、各量のサンプル10に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を測定する。これにより、N個の見かけ上の緩和時間T1 *が得られる。
ステップ4では、測定されたN個のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対する見かけ上の緩和速度R*(=1/T1 *)をプロットする。図11には、そのプロットによって生成されたグラフの一例が示されている。このグラフにおいて、横軸は、測定されたスピン−キャビティ結合定数g(ω)を示しており、縦軸は、測定された見かけ上の緩和速度R*(=1/T1 *)を示している。
ステップ5では、ステップ4のフィッティングにより得られた関数F[g(ω)]を用いて、任意のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する緩和速度R*(つまり緩和時間T1 *)を求める。図11を参照して説明すると、関数56を用いて、任意のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する緩和速度R*を求める。例えば、g(ω)=0のときの緩和速度(値F[0])は、g(ω)に依存しない緩和速度、つまり、真の緩和速度である。従って、その真の緩和速度の逆数は、サンプル固有の真の緩和時間T1に相当する。
以下、実施例2に係る緩和時間測定方法について説明する。実施例2では、キャビティ12のQ値を変えて、摂動的縦検出法(p−LOD−T1法)によって見かけ上の緩和時間T1 *を測定し、スピン−キャビティ結合定数g(ω)と見かけ上の緩和時間T1 *との関係を求め、その関係に基づいて、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。具体的には、以下のステップ1〜5の手順に従って、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。
以下、本発明の第2実施形態に係る緩和時間測定方法及びESR測定装置について説明する。図12には、第2実施形態に係るESR測定装置の一例が示されている。このESR測定装置は、周波数可変型測定法(fs−LOD法)を実現する装置である。図12において、図1における構成と同じ構成には、図1における構成と同じ符号を付してその説明を省略する。
以下、実施例3に係る緩和時間測定方法について説明する。実施例3では、実施例1と同様に、サンプル10の量を変えて、周波数可変型測定法(fs−LOD法)によって見かけ上の緩和時間T1 *を測定し、スピン−キャビティ結合定数g(ω)と見かけ上の緩和時間T1 *との関係を求め、その関係に基づいて、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。具体的には、以下のステップ1〜5の手順に従って、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。
以下、実施例4に係る緩和時間測定方法について説明する。実施例4では、キャビティ12のQ値を変えて、周波数可変型測定法(fs−LOD法)によって見かけ上の緩和時間T1 *を測定し、スピン−キャビティ結合定数g(ω)と見かけ上の緩和時間T1 *との関係を求め、その関係に基づいて、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。具体的には、以下のステップ1〜5の手順に従って、特定のスピン−キャビティ結合定数g(ω)に対応する見かけ上の緩和時間T1 *を求める。
Claims (15)
- サンプルを収容する共振回路としての共振器と前記サンプルのスピンとの間で、互いに結合状態が異なるN個のスピン−キャビティ結合状態を形成し、
前記N個のスピン−キャビティ結合状態の定数を表わすN個のスピン−キャビティ結合定数を演算し、
前記サンプルに対する磁気共鳴測定によってN個の見かけ上の緩和時間を測定し、
前記N個のスピン−キャビティ結合定数と前記N個の見かけ上の緩和時間との関係に基づいて、特定のスピン−キャビティ結合定数に対応する緩和時間を演算する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項1に記載の緩和時間測定方法において、
前記スピン−キャビティ結合定数の演算では、磁場毎に測定された前記共振回路のリターンロスの測定値と、スピン−キャビティ結合が存在する場合における前記共振回路のリターンロスのモデルベースの理論値と、に基づいて、前記スピン−キャビティ結合定数を演算する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項2に記載の緩和時間測定方法において、
前記スピン−キャビティ結合定数の演算では、前記測定値と前記理論値との差が最小となる前記スピン−キャビティ結合定数を演算する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の緩和時間測定方法において、
前記サンプルの量をN段階に変更することにより、前記N個のスピン−キャビティ結合状態を形成する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の緩和時間測定方法において、
前記共振回路のQ値をN段階に変更することにより、前記N個のスピン−キャビティ結合状態を形成する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の緩和時間測定方法において、
前記緩和時間の測定では、磁気共鳴測定中に前記見かけ上の緩和時間が変化しない測定方法で前記見かけ上の緩和時間を測定する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の緩和時間測定方法において、
前記緩和時間の演算では、前記N個のスピン−キャビティ結合定数と前記N個の見かけ上の緩和時間との関係に対して、スピン−キャビティ結合定数の2次関数をフィッティングさせることにより、前記特定のスピン−キャビティ結合定数に対応する緩和時間を演算する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の緩和時間測定方法において、
前記特定のスピン−キャビティ結合定数はゼロであり、
前記緩和時間の演算では、前記スピン−キャビティ結合定数がゼロのときの緩和時間を演算する、
ことを特徴とする緩和時間測定方法。 - サンプルを収容する共振回路としての共振器と、
前記サンプルのスピンと前記共振回路との間で、互いに結合状態が異なるN個のスピン−キャビティ結合状態を形成する形成手段と、
前記N個のスピン−キャビティ結合状態の定数を表わすN個のスピン−キャビティ結合定数を演算する結合定数演算手段と、
前記サンプルに対する磁気共鳴測定によってN個の見かけ上の緩和時間を測定する測定手段と、
前記N個のスピン−キャビティ結合定数と前記N個の見かけ上の緩和時間との関係に基づいて、特定のスピン−キャビティ結合定数に対応する緩和時間を演算する緩和時間演算手段と、
を含むことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項9に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記結合定数演算手段は、磁場毎に測定された前記共振回路のリターンロスの実測値と、スピン−キャビティ結合が存在する場合における前記共振回路のリターンロスのモデルベースの理論値と、に基づいて、前記スピン−キャビティ結合定数を演算する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項10に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記結合定数演算手段は、前記実測値と前記理論値との差が最小となる前記スピン−キャビティ結合定数を演算する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記形成手段は、前記共振回路のQ値をN段階に変えることにより、前記N個のスピン−キャビティ結合状態を形成する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項9から請求項12のいずれか一項に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記測定手段は、磁気共鳴測定中に前記見かけ上の緩和時間が変化しない測定方法で前記見かけ上の緩和時間を測定する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項9から請求項13のいずれか一項に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記緩和時間演算手段は、前記N個のスピン−キャビティ結合定数と前記N個の見かけ上の緩和時間との関係に対して、スピン−キャビティ結合定数の2次関数をフィッティングさせることにより、前記特定のスピン−キャビティ結合定数に対応する緩和時間を演算する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項9から請求項14のいずれか一項に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記特定のスピン−キャビティ結合定数はゼロであり、
前記緩和時間演算手段は、前記スピン−キャビティ結合定数がゼロのときの緩和時間を演算する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。
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