Höchste Magnetfelder haben sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug der Festkörperphysik entwickelt. Sie werden insbesondere verwendet, um die elektronischen Eigenschaften von modernen Materialien zu erforschen. Da Magnetfelder oberhalb von 45 Tesla nicht mehr mit statischen (z.B. supraleitenden) Feldern zu erreichen sind, haben sich weltweit verschiedene Labore auf die Erzeugung gepulster Magnetfelder mit angestrebten Maximalwerten von 100 Tesla spezialisiert. In der vorliegenden Arbeit werden Anwendungsmöglichkeiten der kernmagnetischen Resonanz (NMR) in gepulsten Magnetfeldern aufgezeigt. Es ist gelungen, die starke Zeitabhängigkeit der gepulsten Magnetfelder mittels NMR präzise zu vermessen. Die genaue Kenntnis des Magnetfelds nach dem Puls ermöglicht, die Zeitabhängigkeit aus den Daten zu entfernen, sodass auch eine kohärente Signal-Mittelung möglich ist. Davon ausgehend werden erstmalig Messungen der chemischen Verschiebung, der Knight Shift, der Spin-Gitter-Relaxationsrate 1/T1 und der Spin-Spin-Relaxationsrate 1/T2 diskutiert. Schließlich werden die im Zusammenhang mit gepulsten Magnetfeldern erarbeiteten Gleichungen in vereinfachter Form zur genauen Messung und Analyse des freien Induktions-Zerfalls von 19F Kernspins in Calciumfluorid verwendet. Durch Messung des Zerfalls über sechs Größenordnungen wird eine genaue Analyse bezüglich einer neuartigen Theorie ermöglicht, welche den Zerfall basierend auf der Annahme mikroskopischen Chaos\' erklärt. Diese Theorie hat das Potenzial, zu einem tieferen Verständnis von Quantenchaos in makroskopischen Vielteilchensystemen zu führen.

Höchste Magnetfelder haben sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug der Festkörperphysik entwickelt. Sie werden insbesondere verwendet, um die elektronischen Eigenschaften von modernen Materialien zu erforschen. Da Magnetfelder oberhalb von 45 Tesla nicht mehr mit statischen (z.B. supraleitenden) Feldern zu erreichen sind, haben sich weltweit verschiedene Labore auf die Erzeugung gepulster Magnetfelder mit angestrebten Maximalwerten von 100 Tesla spezialisiert. In der vorliegenden Arbeit werden Anwendungsmöglichkeiten der kernmagnetischen Resonanz (NMR) in gepulsten Magnetfeldern aufgezeigt. Es ist gelungen, die starke Zeitabhängigkeit der gepulsten Magnetfelder mittels NMR präzise zu vermessen. Die genaue Kenntnis des Magnetfelds nach dem Puls ermöglicht, die Zeitabhängigkeit aus den Daten zu entfernen, sodass auch eine kohärente Signal-Mittelung möglich ist. Davon ausgehend werden erstmalig Messungen der chemischen Verschiebung, der Knight Shift, der Spin-Gitter-Relaxationsrate 1/T1 und der Spin-Spin-Relaxationsrate 1/T2 diskutiert. Schließlich werden die im Zusammenhang mit gepulsten Magnetfeldern erarbeiteten Gleichungen in vereinfachter Form zur genauen Messung und Analyse des freien Induktions-Zerfalls von 19F Kernspins in Calciumfluorid verwendet. Durch Messung des Zerfalls über sechs Größenordnungen wird eine genaue Analyse bezüglich einer neuartigen Theorie ermöglicht, welche den Zerfall basierend auf der Annahme mikroskopischen Chaos\'' erklärt. Diese Theorie hat das Potenzial, zu einem tieferen Verständnis von Quantenchaos in makroskopischen Vielteilchensystemen zu führen.

Diese Arbeit behandelt verschiedene Themen im Bereich der kernmagnetischen Resonanz (NMR) an Festkörpern. Der umfangreichste Themenkomplex sind hierbei Untersuchungen in gepulsten Magnetfeldern. Diese ermöglichen Experimente bei Feldstärken, die sich auf keine andere Weise nicht-destruktiv erreichen lassen, bedeuten aber Schwierigkeiten für NMR Experimente aufgrund ihrer inherenten Zeitabhängigkeit. Es wird eine angepasste Datenanalyse vorgestellt, die Korrekturen für Intensitätsverfälschungen enthält und die Zeitabhängigkeit des Magnetfeldes bei der Berechnung einer Fouriertransformation mit zeitabhängigen Basisfunktionen berücksichtigt. Hiermit werden Testmessungen an elementaren Metallen durchgeführt um die Knight-Verschiebung Ks und die Kern-Gitter-Relaxationszeit T1 zu messen. Anschließende Messungen an SrCu2(BO3)2 zeigen desweiteren eindrucksvoll die Detektion einer feld- und temperaturabhängigen Überstruktur der Elektronenspins. In einem weiteren Themenbereich werden Ergebnisse von Untersuchungen an dem Hochtemperatursupraleitersystem HgBa2 CuO4+δ präsentiert. Bei der Auswertung von temperatur- und orientierungsabhängigen NMR-Verschiebungsmessungen wird ein Widerspruch zu dem im Allgemeinen angenommenen Model mit einer einzigen Spin-Flüssigkeit gefunden. Stattdessen wird eine Analyse mit drei verschiedenen additiven Komponenten entwickelt. Bei der Anwendung dieser Zerlegung wird eine universelle Pseudolückenkomponente gefunden, eine Fermiflüssigkeitskomponente, die nur bei höheren Dotierungsstufen existiert, und eine dritte, die ihr Vorzeichen in Abhängigkeit von der Dotierung ändert. In einem letzten kürzeren Thema werden vorläufige Ergebnisse von Untersuchungen zu der Dynamik von großen, dipolar gekoppelten, Kernspinsystemen behandelt. Hierbei soll eine Vorhersage über die Existenz zusätzlichen, nicht magnetisierungserhaltenden Resonanzen überprüft werden.

Die Arbeit untersucht das Orientierungsverhalten von niedermolekularen thermotropen nematischen Flüssigkristallen in externen elektrischen und magnetischen Feldern. Mit einer Kombination von Protonen- und Fluor-NMR-Experimenten und Orientierungsexperimenten in elektrischen Feldern wird eine Vielzahl von dynamischen Prozessen in einem Zeitbereich von 100 ms bis 100 us untersucht. Der erste Teil der Arbeit enthält eine Beschreibung des experimentellen Aufbaus für eine elektrische Steuerung von Orientierungsexperimenten im Magnetfeld eines NMR-Spektrometers. Die verschiedenen Komponenten zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, zur Automatisierung des Meßablaufs und zur Synchronisation mit dem NMR-Spektrometer werden vorgestellt. Dabei wird auf die Schwierigkeiten bei NMR-Messungen an dünnen Kondensatorproben eingegangen. Im zweiten Teil der Arbeit folgt eine Untersuchung verschiedener dynamischer Prozesse in nematischen Flüssigkristallen. Durch die Kombination von elektrisch induzierten Prozessen mit unterschiedlichen Spannungsimpulsen kann ein sehr weiter Zeitbereich, der sich bis zu minimalen Orientierungszeiten von etwa 50 us erstreckt, erfaßt werden. Eine Analyse dieser Experimente erlaubt Rückschlüsse auf die Natur des dynamischen Prozesses wie z. B. den Übergang von homogenen zu inhomogenen Prozessen und ergibt eine Reihe von Materialparametern. Die zeitaufgelöste Messung der Orientierungsprozesse erfolgt mit verschiedenen, speziell für die Anwendung in elektrischen Feldern entwickelten NMR-Techniken. In einer Reihe von Protonen- und Fluor-Messungen werden die dipolare Dublettaufspaltung und die chemische Verschiebung als Funktionen des Winkels zwischen dem nematischen Direktor und dem Magnetfeld untersucht. Dabei nimmt die Linienbreite der Protonen-Spektren von ca. 30 kHz auf unter 300 Hz ab, und die Position der Fluor chemischen Verschiebung variiert in einem Bereich von etwa 10 kHz. / Electrically Induced Dynamic Processes in Liquid Crystals Investigated by Means of NMR --------------------------------------------------------- Within the thesis reorientation processes of thermotropic low molar mass nematic liquid crystals are described. Dynamic processes in external electric and magnetic fields are investigated by means of proton and fluorine NMR. A combination of different reorientation experiments with NMR methods allows the direct observation of the director dynamics on a timescale from 100 milliseconds to 100 microseconds. The first part provides a detailed description of the experimental setup. The reorientation experiments in the magnetic field of the NMR spectrometer are induced by high voltage pulses. The different parts of the high voltage supply are specified together with the synchronisation with the NMR experiment and several automation techniques. Some difficulties related to the usage of thin capacitor cells as NMR samples are discussed. The second part deals with different types of dynamic processes in nematic liquid crystals. The reorientation dynamics can be changed in a wide range by varying the electric excitation. Reorientation times down to 50 us are possible. Special time resolved NMR techniques provide the dipolar splitting and the chemical shift as a function of the orientational state. The proton linewidth changes in such an experiment from approx. 30 kHz to less than 300 Hz, the position of the fluorine chemical shift varies within a range of 10 kHz. These results yield a multitude of material parameters and provide information about the underlying dynamic process which may be e.g. homogeneous or inhomogeneous.

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Die Arbeit untersucht das Orientierungsverhalten von niedermolekularen thermotropen nematischen Flüssigkristallen in externen elektrischen und magnetischen Feldern. Mit einer Kombination von Protonen- und Fluor-NMR-Experimenten und Orientierungsexperimenten in elektrischen Feldern wird eine Vielzahl von dynamischen Prozessen in einem Zeitbereich von 100 ms bis 100 us untersucht. Der erste Teil der Arbeit enthält eine Beschreibung des experimentellen Aufbaus für eine elektrische Steuerung von Orientierungsexperimenten im Magnetfeld eines NMR-Spektrometers. Die verschiedenen Komponenten zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, zur Automatisierung des Meßablaufs und zur Synchronisation mit dem NMR-Spektrometer werden vorgestellt. Dabei wird auf die Schwierigkeiten bei NMR-Messungen an dünnen Kondensatorproben eingegangen. Im zweiten Teil der Arbeit folgt eine Untersuchung verschiedener dynamischer Prozesse in nematischen Flüssigkristallen. Durch die Kombination von elektrisch induzierten Prozessen mit unterschiedlichen Spannungsimpulsen kann ein sehr weiter Zeitbereich, der sich bis zu minimalen Orientierungszeiten von etwa 50 us erstreckt, erfaßt werden. Eine Analyse dieser Experimente erlaubt Rückschlüsse auf die Natur des dynamischen Prozesses wie z. B. den Übergang von homogenen zu inhomogenen Prozessen und ergibt eine Reihe von Materialparametern. Die zeitaufgelöste Messung der Orientierungsprozesse erfolgt mit verschiedenen, speziell für die Anwendung in elektrischen Feldern entwickelten NMR-Techniken. In einer Reihe von Protonen- und Fluor-Messungen werden die dipolare Dublettaufspaltung und die chemische Verschiebung als Funktionen des Winkels zwischen dem nematischen Direktor und dem Magnetfeld untersucht. Dabei nimmt die Linienbreite der Protonen-Spektren von ca. 30 kHz auf unter 300 Hz ab, und die Position der Fluor chemischen Verschiebung variiert in einem Bereich von etwa 10 kHz. / Electrically Induced Dynamic Processes in Liquid Crystals Investigated by Means of NMR --------------------------------------------------------- Within the thesis reorientation processes of thermotropic low molar mass nematic liquid crystals are described. Dynamic processes in external electric and magnetic fields are investigated by means of proton and fluorine NMR. A combination of different reorientation experiments with NMR methods allows the direct observation of the director dynamics on a timescale from 100 milliseconds to 100 microseconds. The first part provides a detailed description of the experimental setup. The reorientation experiments in the magnetic field of the NMR spectrometer are induced by high voltage pulses. The different parts of the high voltage supply are specified together with the synchronisation with the NMR experiment and several automation techniques. Some difficulties related to the usage of thin capacitor cells as NMR samples are discussed. The second part deals with different types of dynamic processes in nematic liquid crystals. The reorientation dynamics can be changed in a wide range by varying the electric excitation. Reorientation times down to 50 us are possible. Special time resolved NMR techniques provide the dipolar splitting and the chemical shift as a function of the orientational state. The proton linewidth changes in such an experiment from approx. 30 kHz to less than 300 Hz, the position of the fluorine chemical shift varies within a range of 10 kHz. These results yield a multitude of material parameters and provide information about the underlying dynamic process which may be e.g. homogeneous or inhomogeneous.

For the first time, successful synthesis of an unknown class of compounds, 3-azido-2H-azirines, which are implicated as highly reactive intermediates in the thermolysis of the corresponding 1,1-diazidoethenes, has been performed. These elusive heterocycles have been detected and characterised by low-temperature NMR and in situ IR spectroscopy. Even the parent compound, 3-azido-2H-azirine, has been observed via low-temperature photolysis of 1,1-diazidoethene, as a highly reactive species with a half-life period of only 12 min at −40 °C. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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