From proton to deuteron relaxometry: The next generation of field-cycling NMR relaxometers

• Antragsteller: Professor Dr. Ernst Rößler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407261664

Mit dem Einsatz der Field-Cycling-Technik hat die NMR-Relaxometrie einen wichtigen Schritt getan, um in verschiedenen Arten von Soft Matter die Frequenzabhängigkeit der Spin-Gitter-Relaxation über einen breiten Frequenzbereich messen zu können. Die Frequenzabhängigkeit ist ein direktes Maß für die molekulare Dynamik. Die meisten FC-Arbeiten verwenden Protonen. Aufgrund des Viel-Teilchen-Charakters der relevanten Wechselwirkung sondiert man eine Überlagerung aus molekularer Rotation und Translation, weshalb in der Regel kein quantitatives Verständnis möglich ist. Im Gegensatz dazu erfasst die Deuteronen-FC-NMR allein die Rotation, was das theoretische Verständnis und die Modellierung erheblich erleichtert. Zudem profitiert man von der Isotopenselektivität der NMR, die es häufig erlaubt, die Ergebnisse in weit eindeutigerer Weise zu interpretieren als dies mit anderen Methoden möglich ist. Allerdings ist die NMR-Frequenz der Deuteronen niedrig, und die heutigen FC-Relaxometer erlauben keine Routinemessungen. Es gilt deshalb, eine neue Generation von Relaxometern zu entwickeln. Auf der einen Seite müssen Tausende von Ampere in einem ausgeklügelten Spulensystem schnell geschaltet werden und auf der anderen Seite müssen die damit erzeugten starken Magnetfelder mit hoher Präzision angefahren werden. Dies gleichzeitig zu realisieren stellt eine große technische Herausforderung dar. Das Ziel des Projektes ist es, ein solches Relaxometer zu entwickeln und damit die Deuteronen-FC-NMR als eine Routinemethode zum Studium der „molekularen Rheologie“ zu etablieren. Darüber hinaus wird die Untersuchung von Kernen wie 7Li, 13C und 31P möglich und selbst die Protonen-Relaxometrie wird davon profitieren.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Michael Vogel