O conceito de spin surgiu da necessidade de se explicar os resultados até então impensados na experiência de Stern-Gerlach na década de 1920. Nessa experiência, um feixe colimado de átomos de prata, oriundos de um forno a alta temperatura, atravessavam um campo magnético altamente não-homogêneo. Tal experiência era destinada a medir a distribuição dos momentos magnéticos, devidos principalmente aos elétrons. Como os átomos, na temperatura em que estavam emergindo do forno, estavam no seu estado fundamental 1 S0, deveriam sofrer desvios nulos na presença do campo magnético não-homogêneo. A distribuição esperada era da perda da coerência espacial do feixe durante o seu tempo de voo, do forno de origem até o alvo. Tal não sucedeu, contudo, o resultado obtido foram duas manchas de depósito de prata sobre o alvo, indicando que o feixe se dividira em dois durante o percurso. Isso indicou que os átomos de prata do feixe ainda tinham um grau de liberdade de momento angular, mas que não era o momento angular orbital dos elétrons no átomo, mas sim um momento angular intrínseco destas partículas. A esse "momento angular intrínseco" deu-se o nome de spin (significando giro em português).
Em 1924, Wolfgang Pauli postulou que os núcleos comportar-se-iam como minúsculos ímãs. Mais tarde, experiências similares, porém mais sofisticadas, aos do Stern-Gerlach determinaram momentos magnéticos nucleares de várias espécies. Posteriormente, em 1939, Rabi e colaboradores submeteram um feixe molecular de hidrogênio (H2) em alto vácuo a um campo magnético não-homogêneo em conjunto com uma radiação na faixa das radiofrequências (RF). Para um certo valor de frequência o feixe absorvia energia e sofria pequeno desvio. Isso era constatado como uma queda da intensidade observada do feixe na região do detector. Este experimento marca, historicamente, a primeira observação do efeito da ressonância magnética nuclear.
Nos anos de 1945 e 1946 duas equipes, uma de Bloch e seus colaboradores na Universidade de Stanford, e outra de Purcell e colaboradores na Universidade de Harvard procurando aprimorar a medida de momentos magnéticos nucleares observaram sinais de absorção de radiofrequência dos núcleos de 1H na água e na parafina, respectivamente, pelo que os dois grupos foram agraciados com o prêmio Nobel de Física em 1952.
Quando Packard e outros assistentes de Bloch substituíram a água por etanol, em 1950 e 1951, e notaram que havia três sinais e não somente um sinal ficaram decepcionados. Entretanto, esse aparente fracasso veio a indicar alguns dos aspectos mais poderosos da técnica: a múltipla capacidade de identificar a estrutura pela análise de parâmetros originados de acoplamentos mútuos de grupos de núcleos interagentes.
Pouco tempo depois, em 1953, já eram produzidos os primeiros espectrômetros de RMN no mercado, já com uma elevada resolução e grande sensibilidade.
Nos equipamentos de ressonância magnética para imageamento biológico, os núcleos dos átomos de hidrogênio presentes no objeto de análise são alinhados por um forte campo magnético e localizados por bobina receptora devidamente sintonizada na frequência de ressonância destes.
Em espectroscopia, o processo de ressonância magnética é similar aos demais. Pois também ocorre a absorção ressonante de energia eletromagnética, ocasionada pela transição entre níveis de energia rotacionais dos núcleos atômicos, níveis estes desdobrados em função do campo magnético através do efeito Zeeman anômalo.
Como o campo magnético efetivo sentido pelo núcleo é levemente afetado (perturbação essa geralmente medida em escala de partes por milhão) pelos débeis campos eletromagnéticos gerados pelos elétrons envolvidos nas ligações químicas (o chamado ambiente químico nas vizinhanças do núcleo em questão), cada núcleo responde diferentemente de acordo com sua localização no objeto em estudo, atuando assim como uma sonda sensível à estrutura onde se situa.
MAGNETISMO MACROSCÓPICO E MICROSCÓPICO
O efeito da ressonância magnética nuclear fundamenta-se basicamente na absorção ressonante de energia eletromagnética na faixa de frequências das ondas de rádio. Mais especificamente nas faixas de VHF.
Mas a condição primeira para absorção de energia por esse efeito é de que os núcleos em questão tenham momento angular diferente de zero.
Núcleos com momento angular igual a zero não tem momento magnético, o que é condição indispensável a apresentarem absorção de energia eletromagnética. Razão, aliás, pertinente a toda espectroscopia.
A energia eletromagnética só pode ser absorvida se um ou mais momentos de multipolo do sistema passível de absorvê-la são não nulos, além do momento de ordem zero para eletricidade (equivalente à carga total).
Para a maior parte das espectroscopias, a contribuição mais importante é aquela do momento de dipolo. Se esta contribuição variar com o tempo, devido a algum movimento ou fenômeno periódico do sistema (vibração, rotação, etc), a absorção de energia da onda eletromagnética de mesma frequência (ou com frequências múltiplas inteiras) pode acontecer.
Um campo magnético macroscópico é denotado pela grandeza vetorial conhecida como indução magnética B (ver Equações de Maxwell). Esta é a grandeza observável nas escalas usuais de experiências, e no sistema SI é medida em Tesla, que é equivalente a Weber/m3.
Em nível microscópico, temos outra grandeza relacionada, o campo magnético H, que é o campo que se observa a nível microscópico. No sistema SI é medido em Ampere/m.
SPIN E MOMENTO ANGULAR
Rigorosamente, núcleos não apresentam spin, mas sim momento angular (exceção feita somente ao núcleo do isótopo 1 do hidrogênio, que é constituído por um único próton). Embora o spin possa ser considerado um momento angular, por terem ambos as mesmas unidades e serem tratados por um formalismo matemático e físico semelhante, nem sempre o oposto ocorre. O spin é intrínseco, ao passo que objetos compostos tem momento angular extrínseco. Contudo, motivos históricos e continuado costume levaram a esse abuso de linguagem, tolerado e talvez tolerável em textos não rigorosos. Um motivo a mais de complicação é o fato de que a moderna física de partículas considerar que certas partículas, antes pensadas como elementares (e portanto possuindo spin), sejam compostas (próton e nêutron compostos de quarks). Assim, fica um tanto impreciso o limite entre os casos onde se deva usar o termo spin e os casos onde se deva usar o termo momento angular.
IMAGEAMENTO BIOLÓGICO
A técnica da ressonância magnética nuclear é usada em Medicina e em Biologia como meio de formar imagens internas de corpos humanos e de animais, bem como de seres microscópicos (como no caso da microscopia de RMN). É chamada de tomografia de ressonância magnética nuclear ou apenas de ressonância magnética. Consiste em aplicar em um paciente submetido a um campo magnético intenso, ondas com frequências iguais às dos núcleos (geralmente do 1H da água) dos tecidos do corpo que se quer examinar. Tais tecidos absorvem a energia em função da quantidade de água do tecido. Entretanto, para se localizar espacialmente o grupo de núcleos de hidrogênio, é mister se empregar um meio de se diferenciar o campo, impondo-lhe gradientes segundo certas direções.
Para imageamento de uma amostra, é necessário que a aparelhagem coloque a aquisição de sinal em função da posição. Esta função matemática é de em , e essa informação é suprida através de aplicação de um campo magnético que apresenta um gradiente tridimensional. Assim, para cada posição da amostra, dentro da margem de erro resultante da resolução, a aquisição é levemente diferente. O resultado então é tratado pela transformada de Fourier (especificamente FFT: Fast Fourier Transform), sendo resolvido a partir daí no espaço e não mais em frequência.
Os SPINs, tem o seu movimento em seu próprio eixo (ex: como pião),quando um átomo de hidrogênio e posto em um campo magnético, os spins que estão dentro dele tendem a orientá-lo em direção do campo magnético paralelo.