A ressonância magnética nuclear (NMR) é uma ferramenta científica poderosa usada em imagens médicas e na sondagem da estrutura química de moléculas e compostos. Uma nova pesquisa da Brown University mostra uma técnica que ajuda a adaptar NMR para estudar as propriedades físicas de filmes finos, nanomateriais bidimensionais e estados exóticos da matéria.

A RMN envolve a aplicação de um forte campo magnético à amostra e, em seguida, a propagação de pulsos de ondas de rádio. O campo magnético alinha os momentos magnéticos, ou "gira, "de núcleos atômicos dentro da amostra. As ondas de rádio inverterão os spins de certos núcleos na direção oposta, dependendo da frequência das ondas. Os cientistas podem usar o sinal associado aos spin flips em diferentes frequências para criar imagens ou determinar a estrutura molecular de uma amostra.

"NMR é uma técnica muito útil, mas o sinal que você recebe é muito fraco, "disse Vesna Mitrovic, professor associado de física e autor sênior da pesquisa, que é publicado em Revisão de instrumentos científicos . "Para obter um sinal utilizável, você precisa detectar muitos giros, o que significa que você precisa de muito material, relativamente falando. Muito do trabalho que estamos fazendo agora na física é com filmes finos que fazem parte de pequenos dispositivos ou materiais que têm cristais minúsculos com formas estranhas, e é realmente difícil obter um sinal de NMR nesses casos. "

Parte do problema tem a ver com a geometria da sonda usada para entregar os pulsos de rádio e detectar o sinal associado. Geralmente é um solenóide, uma bobina cilíndrica de fio dentro da qual a amostra é colocada. O sinal de NMR é mais forte quando uma amostra ocupa a maior parte do espaço disponível dentro do cilindro. Mas se a amostra for pequena em comparação com o volume do cilindro - como seriam os filmes finos e os nanomateriais - o sinal enfraquece até quase nada.

Mas nos últimos anos, O laboratório de Mitrovic em Brown tem usado bobinas de RMN planas para uma variedade de experimentos com o objetivo de explorar materiais exóticos e estranhos estados da matéria. Bobinas planas podem ser colocadas diretamente ou muito perto de uma amostra, e, como resultado, eles não sofrem com a perda de sinal de um solenóide. Esses tipos de bobinas de NMR já existem há anos e são usados ​​para algumas aplicações específicas em imagens de NMR, Mitrovic diz, mas eles não têm sido usados ​​exatamente da mesma maneira que seu laboratório os tem usado.

Para esta última pesquisa, Mitrovic e seus colegas mostraram que bobinas planas não são úteis apenas para aumentar o sinal de NMR, mas que diferentes geometrias de bobinas planas podem maximizar o sinal para amostras de diferentes formas e em diferentes tipos de experimentos.

Por exemplo, em experimentos usando filmes finos de fosfato de índio semicondutor, os pesquisadores mostraram que amostras muito pequenas produzem mais sinal quando colocadas no centro do plano, bobina circular. Para amostras maiores, e para experimentos em que é importante variar a orientação do campo magnético externo, uma forma de linha sinuosa (uma linha que faz uma série de curvas em ângulo reto) funcionou melhor.

A capacidade de obter um sinal em várias orientações do campo magnético é importante, Mitrovic diz. "Existem materiais exóticos e estados físicos interessantes que só podem ser sondados com certas orientações de campo magnético, "ela disse." Portanto, saber como otimizar nossa sonda para isso é realmente útil. "

Outra vantagem das bobinas planas é que dá aos experimentadores acesso à sua amostra, em oposição a tê-lo engaiolado dentro de um solenóide.

"Muitos dos estados em que estamos interessados ​​são induzidos pela manipulação da amostra - aplicando uma corrente elétrica a ela ou aplicando uma tensão nela, "Mitrovic disse." As bobinas planas tornam muito mais fácil ser capaz de fazer essas manipulações. "

Mitrovic espera que a orientação que esta pesquisa fornece sobre como otimizar bobinas planas seja útil para outros físicos interessados ​​em usar RMN para investigar materiais exóticos e estados da matéria.