物理课程论文 电子自旋共振测g因子.docVIP

课程论文四 题目：电子自旋共振g因子的准确测量方法 班级： 09物本 姓名： 肖燕清 学号： 090800072 指导老师： 许永强 电子自旋共振g因子的准确测量方法 09物理本科：肖燕清 赖娟 程青柳 指导老师：许永强 摘要：本文研究了电子自旋共振实验测量朗德因子的方法，先从理论上推导实验方法的可行性，再将该方法用于实验中进行检测，得到了与理论值较相符的结果。 关键词：电子自旋共振实验 朗德因子 引言： 朗德因子是近代物理中极为重要的一个物理量，它表征原子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小，是区别不同种类的顺磁物质的重要参量。 1、实验原理： 朗德因子是近代物理中极为重要的一个物理量，它表征原子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小。严格来说，原子的总磁矩由电子磁矩和核磁矩两部分组成，但由于后者比前者小三个数量级以上，所以暂时只考虑电子的磁矩这一部分。原子中的电子由于作轨道运动产生轨道磁矩,电子还具有自旋运动产生自旋磁矩。根据量子力学的结果，电子的轨道磁矩和轨道角动量在数值上有如下关系: （1） 自旋磁矩和自旋角动量有如下关系： （2） 式中、分别表示电子电荷和电子质量，、分别表示轨道量子数和自旋量子数。 轨道角动量和自旋角动量合成原子总角动量,轨道磁矩和自旋磁矩合成原子总磁矩,由于绕运动，只有在方向的投影，对外平均效果不为零，可以得到与数值上的关系为： （3） 其中： （4） 叫做朗德()因子,它表征原子的总磁矩与总角动量的关系,而且决定了能级在磁场中分裂的大小，它是反映物质内部电磁运动与量子运动相对关系的一个重要物理量[1]。 1.1电子自旋基本原理 原子的磁性来源于原子磁矩，由于原子核的磁矩很小，可以略去不计，所以原子的总磁矩由原子中各电子的轨道磁矩和自旋磁矩所决定。在本单元的基础知识中已经谈到，原子的总磁矩与总角动量之间满足如下关系： 式中为玻尔磁子，为约化普朗克常量，由上式得知，回磁比 (5) 按照量子理论，电子的L-S耦合结果，朗德因子 (6) 由此可见，若原子的磁矩完全由电子自旋磁矩贡献(，)，则。反之，若磁矩完全由电子的轨道磁矩所贡献（,），则。若自旋和轨道磁矩两者都有贡献，则的值介乎1与2之间。因此，精确测定的数值便可判断电子运动的影响，从而有助于了解原子的结构。 将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场中，则原子磁矩与外磁场相互作用能由决定，那么，相邻磁能级之间的能量差 (7) 如果垂直于外磁场的方向上施加一幅值很小的交变磁场，当交变磁场的角频率满足共振条件 (8) 时，则原子在相邻磁能级之间发生共振跃迁。这种现象称为电子自旋共振，又叫顺磁共振。在顺磁物质中，由于电子受到原子外部电荷的作用，使电子轨道平面发生旋进，电子的轨道角动量量子数的平均值为0，当作一级近似时，可以认为电子轨道角动量近似为零，因此顺磁物质中的磁矩主要是电子自旋磁矩的贡献。 1.2实验装置基本原理 1．实验样品 本实验测量的标准样品为含有自由基的有机物 ，称为二苯基苦酸基联氨，分子式为，结构式如图1所示。 图1 的分子结构式 它的第二个原子少了一个共价键，有一个未偶电子，或者说一个未配对的“自由电子”，是一个稳定的有机自由基。对于这种自由电子，它只有自旋角动量而没有轨道角动量。或者说它的轨道角动量完全猝灭了。所以在实验中能够容易地观察到电子自旋共振现象。由于中的“自由电子”并不是完全自由的，其因子标准值为2.0036，标准线宽为2.7×10-4T。 2．实验仪器原理 微波ESR谱仪由产生恒定磁场的电磁铁及电源，产生交变磁场的微