NMR Techniques at Liquid Helium Temperatures

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Krusius, Matti, Prof., Aalto University, Low Temperature Laboratory
dc.contributor.author Heikkinen, Petri J.
dc.date.accessioned 2015-05-27T12:41:22Z
dc.date.available 2015-05-27T12:41:22Z
dc.date.issued 2010
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16367
dc.description.abstract In this master’s thesis I describe our recently upgraded measurement techniques and devices based on the nuclear magnetic resonance (NMR) techniques used to investigate superfluid helium. At present, our research concentrates on the superfluid phase 3He-B. The most important part in our NMR circuit is a two-stage cryogenic MESFET preamplifier operating at 4 K. It is capacitively coupled to a high-Q (Q approximately 40000 in test conditions) LC-resonance circuit. The 3He-B sample is placed inside the superconducting pick-up coil, which is a part of the resonance circuit. High sensitivity and low noise levels are the requirements for the measurement circuitry. Our measurements have shown the signal-to-noise level to be around 8000 which is enough to detect small changes in the signal from the superfluid 3He-B sample. I also present the theories on which our measurements are based and analyze the NMR responses measured from the normal fluid and from the superfluid. The effect of rotation and vortices on the signal response is explained. We have also measured spin-wave spectra at different temperatures and rotation speeds. The data we have gathered shows the NMR response to be congruent with the theories and earlier measurements. All 3He measurements have been performed in a rotating cryostat, with which we can achieve sample temperatures below 500 μK. Overall, the measurement accuracy is enough to investigate the properties of 3He-B on approaching the zero temperature limit. en
dc.description.abstract Tässä diplomityössä esittelen supranesteheliumin tutkimuksessa käyttämiämme ja viimeisen vuoden aikana uudistamiamme ydinmagneettiseen resonanssiin (nuclear magnetic resonance, NMR) perustuvia mittaustekniikoita. Tällä hetkellä tutkimuksemme keskittyvät 3He-B supranesteeseen. NMR-mittauspiirimme tärkein osa on 4 K:n lämpötilassa toimiva kahden MESFET:in kaskodikytkentään perustuva esivahvistin, joka on kapasitiivisesti kytketty korkean Q-arvon (testiolosuhteissamme Q-arvo noin 40000) LC-resonanssipiiriin. 3He-B supranestenäyte on sijoitettu resonanssipiirin osana olevan suprajohtavan kelan sisään. Mittauspiiriltä vaaditaan korkeaa herkkyyttä ja vähäistä kohinatasoa. Olemme mitanneet signaali-kohinasuhteen olevan luokkaa 8000, joka on riittävän hyvä havaitaksemme pienet näytteen aiheuttamat muutokset signaalissa. Esittelen myös mittaustemme perustana olevan teorian ja analysoin sekä normaali- että supranestetilasta mittaamiamme NMR-vasteita. Myös pyörityksen ja kvantittuneiden virtauspyörteiden eli vorteksien vaikutus NMR-signaaliin selostetaan. Olemme mitanneet spin-aaltospektrejä eri lämpötiloissa sekä eri pyöritysnopeuksilla. Keräämämme mittausaineisto osoittaa NMR-vasteen olevan teorioiden mukainen. Kaikki 3He-mittaukset on tehty pyörivässä kryostaatissa, jolla voimme jäähdyttää näytteemme alle 500 μK:n lämpötilaan. Kaiken kaikkiaan laitteistomme pystyy riittävän tarkkoihin NMR-mittauksiin tutkiessamme 3He-B:n ominaisuuksia nollalämpötilarajaa lähestyttäessä. fi
dc.format.extent 73
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.subject.other Physics en
dc.title NMR Techniques at Liquid Helium Temperatures en
dc.title Ydinmagneettinen resonanssimittaus nestemäisen heliumin lämpötiloissa fi
dc.type G2 Diplomityö fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Applied Physics en
dc.subject.keyword NMR en
dc.subject.keyword superfluid en
dc.subject.keyword helium-3 en
dc.subject.keyword ydinmagneettinen resonanssi fi
dc.subject.keyword supraneste fi
dc.subject.keyword helium-3 fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201505212838
dc.type.dcmitype text en
dc.programme.major Materiaalifysiikka fi
dc.programme.major Materials Physics en
dc.programme.mcode Tfy-44
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Kaivola, Matti, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics
dc.date.dateaccepted 2010-06-22
dc.contributor.lab Low Temperature Laboratory en
dc.contributor.lab Kylmälaboratorio fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account