電子自旋共振-

大學 近代物理試驗 試驗報告成 績：班級 姓名： 同組者： 教師：電子自旋共振〔微波〕【試驗?zāi)康摹苛私怆娮幼孕舱癫ㄗV的微波系統(tǒng)，生疏一些微波器件的使用方法。通過對DPPH征。【預(yù)習問題】什么是電子自旋共振?微波段電子自旋共振如何實現(xiàn)？如何測量朗德因子？【試驗原理】一．原子的自旋磁矩原子中的電子在沿軌道運動的同時具有自旋，其自旋角動量為p S 〔B3-1〕 g e S 2m S eg SS 1S B

〔B3-2〕 e

g1

J(J1)L(L1)S(S1)B玻爾磁子

2me， 2J(J1) 〔B3-3〕二．電子自旋共振電子自旋磁矩在外恒磁場的作用下會發(fā)生拉莫爾進動，受到材料內(nèi)部阻尼作用的影響，生塞曼能級間的感應(yīng)躍遷。當存在外磁場時，電子的磁矩與外磁場B0的相互作用能為0SzEB0SzS 上式中Sz為磁矩在外磁場方向上的重量，

B 〔B3-4〕〔B3-5〕1

gSz

e M2m e

gMz BM式中

2。分裂的能級為

E 1gB a 2 B 0E 1 b 2

gBB 0〔B3-6〕能級間的能量差為

Eg

0BB 〔B3-7〕0依據(jù)磁共振原理，假設(shè)在垂直于B的平面內(nèi)施加一個角頻率等于ω〔頻率為〕的交0 0變磁場B，當滿足條件10B0 hEgB0B0

〔B3-8〕時，電子就會吸取此交變磁場的能量，實現(xiàn)能級間的躍遷，這就是電子自旋共振現(xiàn)象。設(shè) e g2me 為電子的旋磁比，式〔B3-8〕可以寫為一個等效的式子B0 0 〔B3-9〕三．g因子正如以上所描述的，g因子不僅反映了原子或者離子晶體中電子自旋—軌道相互作用的大小，也反映了塞曼能級分裂的寬度，在本質(zhì)上顯示局部磁場的特征。四．線寬、弛豫作用實際上樣品是一個含有大量不成對的電子自旋所組成的系統(tǒng)感應(yīng)輻射由高能級躍遷到低能級的概率和因感應(yīng)吸取由低能級躍遷到高能級的概率相等號供給可能性。隨著凹凸能級上粒子數(shù)差減小至趨于零，則看不到共振現(xiàn)象，即所謂飽和。能維持下去。1豫時間T1

表征。二是自旋粒子相互之間交換能量，使它們的旋進相位趨于隨機分布，這種2作用稱自旋—自旋弛豫，由自旋—自旋弛豫時間用T2

表征。弛豫過程越快，譜線就越寬，2個效應(yīng)造成共振譜線展寬，T與譜線的共振線寬h(半高寬)有如下關(guān)系2T 22 h 〔B3-10〕【試驗裝置】微波系統(tǒng)、磁場系統(tǒng)〔主磁場、掃場、波導(dǎo)元件【試驗內(nèi)容】30幅”工作狀態(tài)；將磁共振試驗儀器的旋鈕和按鈕作如下設(shè)置場”逆時針調(diào)到最低檢波”按鈕按下，處于檢波狀態(tài)。f090mm處，樣品置于磁場正中心。將單螺調(diào)配器的探針順時針旋至“0”刻度，此時探針深度最大。調(diào)整可變衰減器使調(diào)諧電表有指示，然后調(diào)整“檢波靈敏度”旋鈕,使磁共振試驗2/3以上。9000MHz四周〔用“頻率—，這時相應(yīng)的檢波電流輸出接近最大。。然后，調(diào)整單螺調(diào)配器探針，使調(diào)諧電表指示最小。假設(shè)磁共振儀電表指示太小，可調(diào)整靈敏度，使指示增大。以上過程可以反復(fù)調(diào)整，當諧振電表指示變化很小時，可以調(diào)整樣品諧T23臂上的負載接近對稱，反射式諧振腔發(fā)生諧振，微波信號的頻率與腔的f頻率0全都。用波長表測定腔的諧振頻率

f0，方法是：旋轉(zhuǎn)波長表的測微頭，找到電表跌破點，查波長表—刻度表即可確定振蕩頻率。測定完頻率后，將波長表旋開諧振點。二．觀看DPPH自由基的電子共振信號，測量相應(yīng)的自旋共振場B0，并確g因子和旋磁比按起“掃場”按鈕。此時調(diào)諧電表指示為掃場電流的相對指示，調(diào)整“掃場”旋鈕使電表指示在滿度的一半左右。由小到大調(diào)整恒磁場電流，當電流到達1.72.1A之間時，示波器上即可消滅電子共振信號。．調(diào)整恒磁場電流，使電子共振信號等間隔，此時對應(yīng)的磁場就是共振場0，用特斯．調(diào)整恒磁場電流，使電子共振信號等間隔，此時對應(yīng)的磁場就是共振場0，用特斯0拉計測得外磁場Bg因子和旋磁比。0三．觀看單螺調(diào)配器在不同位置時的點子自旋共振信號，計算微波頻率g 1 1.認真調(diào)整單螺調(diào)配器位置，在示波器上依次觀看B5-7所示各種信號，并記錄單螺調(diào)配器的坐標位置，依據(jù)2*|xx|計算波導(dǎo)波長g，g 1 【留意事項】樣品應(yīng)放在磁場的正中間。假設(shè)共振波形值較小，或示波器圖形顯示欠佳，可承受以下方法：將可變衰器反時針旋轉(zhuǎn)，減小衰減量。正時針調(diào)整“掃場”旋鈕，加大掃場電流。提高示波器的靈敏度。假設(shè)共振波形左右不對稱，調(diào)整單螺調(diào)配器的深度及左右位置，或略轉(zhuǎn)變樣品在磁場中的位置?！驹囼灁?shù)據(jù)處理】計算DPPH的朗德因子g。1.磁鐵間隙磁感應(yīng)強度測量表BB/mT0369.7358.2355.2358.0365.2

1*(369.7358.2355.2358.0365.2)361.26mT5E0

2fgBB0fhfcguBB0c B 0ghv/B084226公認的DPPH的g2.0038E2.00231.9215/2.0030.078 eg/2me

6*119*8422)/(2*9*131)625*111誤差分析：1、使用特斯拉計測量磁鐵間隙磁感應(yīng)強度時，有時視數(shù)不穩(wěn)定，取值有肯定的偏差；2、在調(diào)整諧振腔的頻率f3、調(diào)整魔T臂使負載對稱，反射式諧振腔放射諧振現(xiàn)象時的微波信號頻率和諧振腔的頻率有偏差。計算的微波頻率與頻率計讀數(shù)進展比較。圖7-2-9 DPPH的吸取與色散信號2、對應(yīng)各圖的坐標位置記錄表1、).波導(dǎo)波長： 2|xg 5

-x|2*|38.9-16.3|44.0mm12).樣品諧振腔長度

lpg2 〔p1,2, p為腔長方向分布的駐立半波數(shù)〕P=5lp g2

44.02

110.0mm坐標位置x坐標位置x1x2x3x4x5mm16.320.129.737.038.9微波在自由空間的波長： 32mmf 9370微波頻率：

〔1〕(p)a〔1〕(p)a2l220c0 0相對誤差：

3*32.3

9288MHz -f誤差分析：

| 0 |*100%0.875%f12【思考題】1、簡述微波段電子自旋共振的根本原理。答：樣品置于諧振腔中微波磁場H 的最大處，使其處于相互垂直的穩(wěn)恒磁場B和微mw 0波磁場H 中，與諧振腔一起構(gòu)成諧振系統(tǒng)，當滿足共振條件，即微波磁場H 角頻率等mw mwB于 0時，樣品從微波磁場中吸取能量，破壞諧振狀態(tài)，造成樣品諧振腔的微波反射，反射的微波經(jīng)環(huán)行器進入晶體檢波器，由晶體檢波器檢出形成共振信號。2、在微波段電子自旋共振試驗中，應(yīng)怎樣調(diào)整微波系統(tǒng)才能搜尋到共振信號？答：首先通過調(diào)整單螺調(diào)配器探針