电子自旋共振.pptVIP

第1页，共38页，星期日，2025年，2月5日一、背景介绍二、实验目的三、实验原理四、实验仪器五、实验内容与步骤六、注意事项七、思考题提纲第2页，共38页，星期日，2025年，2月5日一、背景介绍－－概念磁共振是指的原子或原子核在作用下对1能的现象,包括核磁共振、顺磁共振、光磁共振、铁磁共振。如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩引起的，则称电子自旋共振（ESR）,也称为电子顺磁共振(EPR)。磁矩不为零稳恒磁场电磁辐射共振吸收核磁共振顺磁共振光磁共振铁磁共振第3页，共38页，星期日，2025年，2月5日1924泡利（WolfgangPauli）在研究光谱的精细结构时提出电子具有自旋磁矩的设想。一、背景介绍－－历史WolfgangPauli(1900-1958)诺贝尔物理学奖(1945年)第4页，共38页，星期日，2025年，2月5日YevgenyZavoisky(1917-1976)1944年前苏联的扎沃依斯基首次观察到电子顺磁共振现象。随后电子顺磁共振逐步被用于科学研究。一、背景介绍－－历史第5页，共38页，星期日，2025年，2月5日电子自旋共振研究的对象是具有未偶（未配对）电子的物质，如具有奇数个电子的原子、分子以及内电子壳层未被充满的离子，受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等。通过共振谱线的研究，可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关物质结构和化学键的信息，故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术，在物理、化学、材料、生物、医学等领域有广泛的应用。一、背景介绍－－应用第6页，共38页，星期日，2025年，2月5日二、实验目的了解电子顺磁共振的原理。掌握FD-ESR-II型电子顺磁共振谱仪的调节和使用方法。利用电子顺磁共振谱仪测量DPPH的g因子。第7页，共38页，星期日，2025年，2月5日三、实验原理电子的自旋运动产生自旋磁矩。自旋磁矩与自旋角动量之间的关系为：：旋磁比：朗德因子。：电子自旋角动量μB：玻尔磁子，第8页，共38页，星期日，2025年，2月5日当电子磁矩μ处于外恒定磁场B（假设沿Z轴）中时，电子磁矩与外磁场发生相互作用，相互作用能为：：磁量子数，对于自由电子，m取1/2、-1/2。可见，外磁场导致原来简并的原子态发生塞曼能级分裂，相邻能级能量间隔为。第9页，共38页，星期日，2025年，2月5日磁矩在磁场中的塞曼能级分裂相邻能级能量间隔与外磁场磁感应强度成正比。第10页，共38页，星期日，2025年，2月5日此时若沿垂直磁场方向施加一交变的磁场，当交变磁场的能量子时，原子在相邻塞曼能级之间发生共振跃迁，对入射的交变磁场产生强烈吸收，此即为电子自旋共振。通过测量共振频率ω和对应的外磁场B，可计算原子的g因子：原子磁矩完全由电子自旋磁矩贡献：g=2原子磁矩完全由电子的轨道磁矩所贡献：g=1由原子物理可知：通过g因子的测量可以判断电子运动的情况，进而可以得知关于原子结构的信息。第11页，共38页，星期日，2025年，2月5日实现共振的方法微波源频率固定(9.37GHz)，连续改变外磁场的磁感应强度，当满足共振条件时发生电子自旋共振。为满足共振条件可采用两种方法：扫场法、扫频法，本实验采用扫场法。9.37G微波辐射第12页，共38页，星期日，2025年，2月5日扫场法检测共振信号通过调节励磁线圈的直流电流，改变恒定磁场的大小，当恒定磁场B0＝2?ν/γ时，共振吸收信号等间距排列。此时对应的恒定磁感应强度即为共振条件方程中所对应的磁场强度。利用特斯拉计测量该磁感应强度代入共振方程可得g因子的值。B=B0+B’sinωt第13页，共38页，星期日，2025年，2月5日ttBBVV20ms20ms10msB0扫场法测g因子ΔB第14页，共38页，星期日，2025年，2月5日ESR和NMR的区别：[1].ESR是研究电子磁矩与外磁场的相互作用，即通常认为的电子塞曼效应引起的，而NMR是研究核磁矩在外磁场中核塞曼能级间的跃迁。换言之，ESR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重新取向所需的能