电子自旋共振-

大学 近代物理试验 试验报告成 绩：班级 姓名： 同组者： 教师：电子自旋共振〔微波〕【试验目的】了解电子自旋共振波谱的微波系统，生疏一些微波器件的使用方法。通过对DPPH征。【预习问题】什么是电子自旋共振?微波段电子自旋共振如何实现？如何测量朗德因子？【试验原理】一．原子的自旋磁矩原子中的电子在沿轨道运动的同时具有自旋，其自旋角动量为p S 〔B3-1〕 g e S 2m S eg SS 1S B

〔B3-2〕 e

g1

J(J1)L(L1)S(S1)B玻尔磁子

2me， 2J(J1) 〔B3-3〕二．电子自旋共振电子自旋磁矩在外恒磁场的作用下会发生拉莫尔进动，受到材料内部阻尼作用的影响，生塞曼能级间的感应跃迁。当存在外磁场时，电子的磁矩与外磁场B0的相互作用能为0SzEB0SzS 上式中Sz为磁矩在外磁场方向上的重量，

B 〔B3-4〕〔B3-5〕1

gSz

e M2m e

gMz BM式中

2。分裂的能级为

E 1gB a 2 B 0E 1 b 2

gBB 0〔B3-6〕能级间的能量差为

Eg

0BB 〔B3-7〕0依据磁共振原理，假设在垂直于B的平面内施加一个角频率等于ω〔频率为〕的交0 0变磁场B，当满足条件10B0 hEgB0B0

〔B3-8〕时，电子就会吸取此交变磁场的能量，实现能级间的跃迁，这就是电子自旋共振现象。设 e g2me 为电子的旋磁比，式〔B3-8〕可以写为一个等效的式子B0 0 〔B3-9〕三．g因子正如以上所描述的，g因子不仅反映了原子或者离子晶体中电子自旋—轨道相互作用的大小，也反映了塞曼能级分裂的宽度，在本质上显示局部磁场的特征。四．线宽、弛豫作用实际上样品是一个含有大量不成对的电子自旋所组成的系统感应辐射由高能级跃迁到低能级的概率和因感应吸取由低能级跃迁到高能级的概率相等号供给可能性。随着凹凸能级上粒子数差减小至趋于零，则看不到共振现象，即所谓饱和。能维持下去。1豫时间T1

表征。二是自旋粒子相互之间交换能量，使它们的旋进相位趋于随机分布，这种2作用称自旋—自旋弛豫，由自旋—自旋弛豫时间用T2

表征。弛豫过程越快，谱线就越宽，2个效应造成共振谱线展宽，T与谱线的共振线宽h(半高宽)有如下关系2T 22 h 〔B3-10〕【试验装置】微波系统、磁场系统〔主磁场、扫场、波导元件【试验内容】30幅”工作状态；将磁共振试验仪器的旋钮和按钮作如下设置场”逆时针调到最低检波”按钮按下，处于检波状态。f090mm处，样品置于磁场正中心。将单螺调配器的探针顺时针旋至“0”刻度，此时探针深度最大。调整可变衰减器使调谐电表有指示，然后调整“检波灵敏度”旋钮,使磁共振试验2/3以上。9000MHz四周〔用“频率—，这时相应的检波电流输出接近最大。。然后，调整单螺调配器探针，使调谐电表指示最小。假设磁共振仪电表指示太小，可调整灵敏度，使指示增大。以上过程可以反复调整，当谐振电表指示变化很小时，可以调整样品谐T23臂上的负载接近对称，反射式谐振腔发生谐振，微波信号的频率与腔的f频率0全都。用波长表测定腔的谐振频率

f0，方法是：旋转波长表的测微头，找到电表跌破点，查波长表—刻度表即可确定振荡频率。测定完频率后，将波长表旋开谐振点。二．观看DPPH自由基的电子共振信号，测量相应的自旋共振场B0，并确g因子和旋磁比按起“扫场”按钮。此时调谐电表指示为扫场电流的相对指示，调整“扫场”旋钮使电表指示在满度的一半左右。由小到大调整恒磁场电流，当电流到达1.72.1A之间时，示波器上即可消灭电子共振信号。．调整恒磁场电流，使电子共振信号等间隔，此时对应的磁场就是共振场0，用特斯．调整恒磁场电流，使电子共振信号等间隔，此时对应的磁场就是共振场0，用特斯0拉计测得外磁场Bg因子和旋磁比。0三．观看单螺调配器在不同位置时的点子自旋共振信号，计算微波频率g 1 1.认真调整单螺调配器位置，在示波器上依次观看B5-7所示各种信号，并记录单螺调配器的坐标位置，依据2*|xx|计算波导波长g，g 1 【留意事项】样品应放在磁场的正中间。假设共振波形值较小，或示波器图形显示欠佳，可承受以下方法：将可变衰器反时针旋转，减小衰减量。正时针调整“扫场”旋钮，加大扫场电流。提高示波器的灵敏度。假设共振波形左右不对称，调整单螺调配器的深度及左右位置，或略转变样品在磁场中的位置。【试验数据处理】计算DPPH的朗德因子g。1.磁铁间隙磁感应强度测量表BB/mT0369.7358.2355.2358.0365.2

1*(369.7358.2355.2358.0365.2)361.26mT5E0

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

6*119*8422)/(2*9*131)625*111误差分析：1、使用特斯拉计测量磁铁间隙磁感应强度时，有时视数不稳定，取值有肯定的偏差；2、在调整谐振腔的频率f3、调整魔T臂使负载对称，反射式谐振腔放射谐振现象时的微波信号频率和谐振腔的频率有偏差。计算的微波频率与频率计读数进展比较。图7-2-9 DPPH的吸取与色散信号2、对应各图的坐标位置记录表1、).波导波长： 2|xg 5

-x|2*|38.9-16.3|44.0mm12).样品谐振腔长度

lpg2 〔p1,2, p为腔长方向分布的驻立半波数〕P=5lp g2

44.02

110.0mm坐标位置x坐标位置x1x2x3x4x5mm16.320.129.737.038.9微波在自由空间的波长： 32mmf 9370微波频率：

〔1〕(p)a〔1〕(p)a2l220c0 0相对误差：

3*32.3

9288MHz -f误差分析：

| 0 |*100%0.875%f12【思考题】1、简述微波段电子自旋共振的根本原理。答：样品置于谐振腔中微波磁场H 的最大处，使其处于相互垂直的稳恒磁场B和微mw 0波磁场H 中，与谐振腔一起构成谐振系统，当满足共振条件，即微波磁场H 角频率等mw mwB于 0时，样品从微波磁场中吸取能量，破坏谐振状态，造成样品谐振腔的微波反射，反射的微波经环行器进入晶体检波器，由晶体检波器检出形成共振信号。2、在微波段电子自旋共振试验中，应怎样调整微波系统才能搜寻到共振信号？答：首先通过调整单螺调配器探针