电子自旋共振(射频)

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------电子自旋共振(射频)(340)中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：应用物理学09-2班姓名：王国强同组者：庄显丽教师：电子自旋共振（射频）一、基础知识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pS?SS?1?（7-2-1）其中S是电子自旋量子数，S?1/2。电子的自旋角动量pS与自旋磁矩?S间

2、的关系为e??????gpS?S2m（7-2-2）e????S?g?BSS?1??其中：me为电子质量；?B?e?2me，称为玻尔磁子；g为电子的朗德因子，具体表示为g?1?J(J?1)?L(L?1)?S(S?1)2J(J?1)（7-2-3）J和L为原子的总角动量量子数和轨道角动量量子数，J?L?S。对于单电子原子，原子的角动量和磁矩由单个电子决定；对于多电子原子，原子的角动量和磁矩由价电子决定。含有单电子或未偶电子的原子处于基态时，L=0，J=S=1/2，即原子的角动量和磁矩等价于单个电子的自旋

3、角动量和自旋磁矩。设??e——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------2meg为电子的旋磁比，则?S??pS（7-2-4）电子自旋磁矩在外磁场B（z轴方向）的作用下，会发生进动，进动角频率ω为???B（7-2-5）由于电子的自旋角动量pS的空间取向是量子化的，在z方向上只能取p

4、Sz?m?（m?S,S?1,?,?S?1,?S）m表示电子的磁量子数，由于S=1/2，所以m可取±1/2。电子的磁矩与外磁场B的相互作用能为?1E??S?B??SzB????B（7-2-6）2?相邻塞曼能级间的能量差为1?E??????B?g?BB（7-2-7）如果在垂直于B的平面内加横向电磁波，并且横向电磁波的量子能量??正好与△E相等时，即满足电子自旋共振条件时，则电子将吸收此旋转磁场的能量，实现能级间的跃迁，即发生电子自旋共振。B1可以在射频段由射频线圈产生，也可以在微波段由谐振腔产生，由此

5、对应两种实验方法，即射频段电子自旋共振和微波段电子自旋共振，以下分别进行介绍。【实验方法1—射频段电子自旋共振】1、实验装置及原理——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------射频段的电子自旋共振实验装置及仪器如图7-2-1所示，为了实验方便，图7-2-2给出了DS—1型（中山大

6、学）电子自旋共振仪控制面板和接线方式。从图中可以看到，外磁场B0由亥姆霍兹螺线管（稳恒磁场线圈）产生，稳恒磁场线圈与扫场线圈结合在一起。稳恒磁场线圈的轴线中心处垂直放置射频线圈，产生旋转磁场。图7-2-1射频段电子自旋共振实验装置框图2图7-2-2DS—1型电子自旋共振仪面板和接线图样品就放在射频线圈内。本实验用的样品是含有自由基的有机物DPPH，因为它有非常强的共振吸收，即使只有几毫特的磁场（对应的几十兆赫的射频波段），也能观察到明显的共振吸收信号，因此将它作为电子自旋共振实验的一种标准样品。其

7、分子式为(C6H6)2N?NC6H2(NO2)3，结构式如图7-2-3所图7-2-3DPPH的结构示。它的一个氮原子上有一个未成对的电子，构成有机自由基，实验表明，自由基的g值（公认的DPPH的g值为2.0038）十分接近自由电子的g值（2.0023）。稳恒磁场线圈轴线中心处的磁感应强度可以根据线圈中的电流I（通过磁场调节旋钮控制并由电流表检测）和线圈参数得到，公式为B0??0NIL?D22（7-2-8）?7?2其中?0?4??10N?A，为真空磁导率；N、L和D—————————————————

8、—————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------分别为线圈匝数、线圈长度和线圈直径。同核磁共振实验一样，为了提高信噪比，并获得稳定的共振信号，也要在稳恒磁场B0上加一个~交变低频调制磁场（即扫描磁场，B?Bmsin?mt），其由扫场线圈产生，频率是50Hz，幅度可由~扫场调节旋钮控制。这样，样品所在