Effects on 1H and 129Xe NMR spectra of large magnetization created by dissolved laser-polarized xenon

We describe the effects observed on 1H and 129Xe NMR spectra resulting from the presence of laser-polarized xenon at high concentration in a deuterated solvent. We show that the large xenon polarization modifies proton signal intensities due to heteronuclear dipolar cross-relaxation, while the huge xenon magnetization per unit volume induces sizeable average dipolar field which shifts the proton resonance frequency. Finally, the large xenon magnetization modifies the xenon spin dynamics inducing frequency shift, line broadening, the appearance of narrow resonances (spectral clustering) or spontaneous large transverse magnetization (maser emission) when polarized xenon is prepared by optical pumping in such a way that its highest Zeeman energy level is the most populated one.

RésuméNous décrivons les principaux effets observés sur les spectres RMN 1H et 129Xe quand une grande quantité de xénon fortement polarisé par laser est dissoute dans un solvant deutéré. Ainsi, la forte polarisation du xénon influe sur l'intensité des signaux des protons du fait de la relaxation dipolaire croisée. De plus, sa grande aimantation volumique crée un champ dipolaire moyen important qui, en se superposant au champ magnétique statique, modifie les fréquences de résonance des protons. Enfin la dynamique de spin du xénon s'en trouve modifiée. Cela peut se traduire par un changement de fréquence de résonance, par un élargissement de sa raie de résonance, par l'apparition de raies étroites dues à la précession cohérente ou encore par de fortes aimantations transversales spontanées (émission maser) quand, par pompage optique, c'est l'état Zeeman de plus haute énergie du xénon qui devient le plus peuplé.