3.2: Spin-Spin Розщеплення в монокристалі

Розглянемо монокристал, що складається з H-D молекул, всі з яких настільки орієнтовані, що лінії, що з'єднують ядра окремих молекул, складають кут\(\theta\) з нанесеним магнітним полем (рис.3-3). Тепер розглянемо поглинання ядерного резонансу ядрами дейтерію, розташованими в положенні 1. Кожен дейтрон переступає в полі, величина якого визначається частково прикладеним полем і частково ступенем діамагнітного екранування, що виробляється зв'язуючими електронами. Однак це ще не вся історія, оскільки кожне ядро дейтерію буде з'єднано з протоном (у позиції 2), який може мати будь-яке з двох можливих магнітних квантових чисел, +1/2 або -1/2. Якщо протонний ядерний магніт орієнтований у напрямку магнітного поля, то він збільшить поле, яке відчуває сусідній дейтрон і сумарне поле у дейтрона буде відповідати більш високій частоті прецесії, ніж якби протон не мав ядерного моменту. Якщо протонний магніт буде спрямований в іншу сторону, то поле у ядра дейтерію зменшиться від його номінального значення. Тому частота прецесії даного дейтерію і положення його резонансних ліній будуть залежати від магнітного квантового числа протона, з яким він пов'язаний. У великій збірці H-D молекул буде майже точно рівне число протонів з двома можливими спіновими квантовими числами, навіть у інтенсивному прикладному полі, якщо температура не настільки низька, що термічне збудження не може запобігти помітному надлишку ядер вишикуватися з прикладне поле. Отже, при звичайних температурах дуже майже половина молекул H-D покаже дейтроновий резонанс при меншій напруженості поля, ніж це було б, якби протонний момент був відсутній, тоді як інша половина молекул матиме свій дейтерієвий резонанс при відповідно більшій напруженості поля. Спостережуваний спектр тоді з'явиться дещо, як на рис. 3-4.

На спектр протонного резонансу впливатимуть дейтрони аналогічним чином, за винятком того, що, оскільки дейтрон має I = 1 і три можливі магнітні квантові числа (+1, 0, -1), резонанси протонів будуть відбуватися при трьох напруженнях поля. Оскільки ймовірність того, що даний дейтрон матиме будь-яке з магнітних квантових чисел, по суті, становить одну третину, три лінії будуть однакової висоти. Теоретично можна показати, що взаємодія між спинами таке, що інтервал ліній дейтрона і протонного резонансу залежить від співвідношень гіромагнітних співвідношень ядер. Грубий розрахунок для H-D кристала з\(\theta\) = 90° показує, що передбачуваний інтервал резонансів дейтрону становить близько 35 гаусс, так що резонанси протонів будуть розділені 35 X\(\gamma\)\(\gamma\) D/H або 5.3 гаусс. Цей тип магнітної взаємодії між ядрами прийнято називати «спін-спіновим розщепленням». Оскільки магнітна зв'язок між ядрами викликає зміни частот прецесії в залежності від величини ядерного моменту, але не зовнішнього поля, зрозуміло, що величина розщеплення повинна бути незалежною від прикладного поля.

Магнітна взаємодія між ядрами, як постульована для гіпотетичного кристала молекул H-D, є «прямою дипольно-дипольною взаємодією» і призводить до поділу ліній, пропорційного (3cos ²\(\theta\) -1) r ^-3 з\(\theta\) визначеною раніше і r відстані між ядрами. У кристалах, крім внутрішньомолекулярних ядерних взаємодій, можна очікувати також mbstantial міжмолекулярних диполь-дипольних взаємодій, що призводять до додаткових SpkTtings або розширення ліній поглинання (див. Раніше обговорення, стор. 33).