Gepulste Elektronenspinresonanz von räumlich beschränkten Systemen

• Antragsteller: Professor Dr. Elmar Dormann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5329470

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Erfolge der Kernspinresonanz-Bildgebung in der medizinischen Anwendung sind wohlbekannt und erwiesen hilfreich. Nicht zuletzt wurde dies durch die 2003 an Sir Peter Mansfield und Paul C. Lauterbur vergebenen Nobelpreise unterstrichen. In diesem Projekt wurde nachgewiesen, dass die Elektronenspinresonanz-Bildgebung ebenfalls realisiert und für sonst nicht zugängliche Einblicke in Festkörper eingesetzt werden kann. Sogar die Leitungselektronen von organischen Metallen, die sich natürlich während der Messung bewegen, können als Untersuchungsobjekte dienen! Die Zeitkonstanten, die bei diesen Elektronenspins auftreten, liegen im Bereich von wenigen Mikrosekunden oder kürzer, statt von Sekunden bei Wasser oder Blut - das stellte die experimentelle Herausforderung dar, die erst mit den heute zugänglichen Erfolgen der Mikrowellenmesstechnik lösbar wurde. Wir haben ein neues Verfahren, mit dem dreidimensional aufgelöste Bilder der Leitungselektronen-Spindichte mit 10 um Auflösung gewonnen werden können, eingeführt. Als Modellsysteme wurden eindimensionale organische Leiter gewählt, die als Salze aromatischer Moleküle elektrochemisch gezüchtet werden können, Bei diesen Kristallen variiert die Beweglichkeit der Leitungselektronen richtungsabhängig um einen Faktor 45 000 - auch dies konnte erst durch die Arbeiten aus diesem Projekt nachgewiesen werden! Die neu etablierte Möglichkeit, Messgrößen wie die Signalstärke, die Relaxationszeiten und die Diffusionskoeffizienten der Leitungselektronen (also ihre Beweglichkeit) ortsaufgelöst zu bestimmen, lieferte zahlreiche überraschende Ergebnisse. Wir zeigten, dass die Kristalle durch Protonen-Bestrahlung homogen oder räumlich strukturiert in ihren Eigenschaften verändert werden können. Auch die Funktionsfähigkeit einer Methode, mit der die Driftgeschwindigkeit abgebildet werden kann, mit der sich die Leitungselektronen infolge eines durch elektrische Zuleitungen aufgeprägten elektrischen Stroms durch den organischen Leiter bewegen, wurde demonstriert. Bei unserer detaillierten Kenntnis von den verwendeten Kristallen nicht ganz überraschend, aber nun eindeutig "sichtbar" gemacht, bewegen sich die Elektronen gar nicht gleichmäßig an allen Stellen des Querschnitts eines solchen Kristalls! Als berichtenswerte Erfolge bei der Außenwirkung unseres Projekts empfinden wir, dass auch in diesem abschließenden Projekt-Teil wieder Ergebnisse unserer Arbeit für die Titelseite einer internationalen Zeitschrift ausgewählt wurden: Im Juni 2006 erschien der Beweis unserer 3D-Bildgebung als Umschlagbild der Zeitschrift "Journal of Magnetic Resonance". Außerdem wurde über unsere Arbeit zum Nachweis der strombedingten Elektronenbewegung mit magnetischer Resonanz im "Physical Review Focus", im "Gern Courier" und im "Spektrum der Wissenschaft" berichtet. Insgesamt also unbestreitbar eine sehr erfreuliche "Ausbeute".

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Anisotropy of charge and spin motion in arene radical cation salts. E. Dormann, S. Matejcek, D. Saez de Jauregui, A. Warth; J. Phys. IV France 131 (2005) 361.
  
  
• Anisotropy of charge and spin motion in perylene hexafluoroarsenate salts. A. Warth, D. Saez de Jauregui, E. Dormann; J. Phys,: Condens. Matter 17 (2005) 4825.
  
  
• Comparison of 2-D ESR Imaging Techniques in Two Frequency Ranges. M. Ulrich, T. Wokrina, M. Drescher, E. Dormann; Appl. Magn. Reson. 29 (2005) 385.
  
  
• Conduction-Electron Drift Velocity Measurement via Electron Spin Resonance. M. Drescher, N. Kaplan, E. Dormann; Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 037601.
  
  
• Current density imaging by pulsed conduction electron spin resonance. Malte Drescher, Noam Kaplan, Elmar Dormann, J. Magn. Reson. 184 (2007) 44.
  
  
• Electronic structure and molecular motions of the quasi-one-dimensional organic conductor (naphthalene)2AsF6. A. Kaiser, E. Dormann; Phys. Rev. B 71 (2005) 115108.
  
  
• Functional and Highly Spatially Resolved ESR Imaging. Malte Drescher; Aust. J. Chem. 58(2005)26.
  
  
• Longitudinal and transverse diffusion of conduction-electron spins on stacks of fluoranthene radical cations. David Saez de Jauregui, Jürgen Gmeiner, Elmar Dormann; Phys. Rev. B 74 (2006) 235104.
  
  
• Proton irradiation defects in (fluoranthene)2PF6. D. Stöffler, M. Drescher, D. Saez de Jauregui, J. Gmeiner, E. Dormann; Phys. Lett. A 363 (2007) 317.
  
  
• Spatially resolved and integral measurements of the electron spin diffusion properties of an organic quasi 1-D conductor. M. Drescher, D. Saez de Jauregui, S. Matejcek, E. Dormann; Synthetic Metals 152 (2005) 401.
  
  
• Structural origin of inhomogeneous properties in (fluoranthene)2PF6. C. Buschhaus, J. Gmeiner, H. Henke, M. Ulrich, E. Dormann; Synthetic Metals 149 (2005) 89.
  
  
• Three-dimensional cylindrical X-band ESR imaging by a combined pulsed gradient Fourier and static gradient projection reconstruction method. Michael Glied, Malte Drescher, Elmar Dormann; J. Magn. Reson. 180(2006) 163.
  
  
• Zebralike Patterned Organic Conductor with Periodic Modulation of Mobility and Peierls Transition. M. Drescher, N. Kaplan, E. Dormann; Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 016404.