何文舒20112301134电子自旋共振以及铁磁共振设计性实验论文

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1、设计性实验论文电子自旋共振与铁磁共振物理2A何文舒20112301134摘要：电子自旋共振，是属于自旋1/2粒子的电子在静磁场下的磁共振现象，类似静磁场下自旋1/2原子核有核磁共振之现象，又因利用到电子的顺磁性，故称电子顺磁共振，在多个领域有着较广泛的应用。本实验将探究在电子自旋共振实验中影响共振信号的因素，并如何使共振信号调节至最优。而由电子自旋共振实验引申的铁磁共振实验，本次实验将会测量单晶和多晶样品的共振信号。关键字：电子自选共振、铁磁共振、共振信号、单晶多晶正文：一、问题的提出电子自旋共振原理：将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场B0中，如果在垂直于外磁场

2、B0的方向上施加一幅值很小的交变磁场2B1cosωt，当交变磁场的角频率ω满足共振条件ħω=ΔE=γB0ħ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。铁磁共振原理：磁性材料中的电子自旋磁矩系统在互相垂直施加的直流磁场H0和角频率为ω的微波交变磁场h=h0e同时作用下，但`H_0gtgth_0`，当ω=γH0时，该磁矩系统将从交变磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振。进展：根据实验要求和注意细节，调节微波段电子自旋共振得出了共振图像，然后根据与电子自旋共振的实验方法，调节出铁磁共振实验的共振图像。主要实验内容：电子自旋共振和铁

3、磁共振信号的调节。二、思路、技术方案与流程思路：自旋共振试验中，影响共振信号的因素主要有共振频率、桥路平衡以及样品在磁场中的位置。因此，反复调节这几项参数直到得到最标准最清晰的电子自旋共振信号，并以此类推出铁磁共振信号的调节方法。技术方案与流程：1、电子自旋共振实验（1）将实验仪器开机预热20分钟，使之进入工作状态；（2）将ESR实验仪器调至检波状态，调节微波桥路使之处于不平衡状态，调节微波源刻度，并用波长计测出微波谐振频率（检波器电流值的跌落点）并记录，将波长计移开共振刻度，继续实验；（3）使晶体检波器输出最灵敏，微调谐振腔的长度使谐振腔处于谐振状态，再调节魔T

4、第4臂中的单螺调配器使桥路平衡，此时，示波器显示的电平信号最小，反复调节使ESR实验仪达到最佳工作状态。（4）加上适当扫场，缓慢改变励磁电流，搜索ESR信号。当磁场满足共振条件时，在示波器可看到ESR信号。（5）反复细调谐振腔长度、样品位置以及单螺调配器等相关部件，以得到最好的ESR信号（使得ESR信号幅值最大和形状对称）。2、铁磁共振实验（1）将实验仪开机预热20分钟，使之进入工作状态；（1）将仪器调至检波状态，调节微波源刻度，并用波长计测出微波频率，若频率与谐振腔频率不一致，则继续调节微波源直至得到谐振频率。（2）测单晶样品时，加上适当扫场，缓慢改变励磁电流，

5、搜索共振信号（励磁电流一般为1.7A-2.0A），微调样品位置以得到最好的共振信号；（3）测量多晶样品时，记录检波电流与励磁电流数据关系，描绘B-I曲线图以得到共振曲线。三、结果与讨论1、电子自旋共振实验讨论：实验中，为了得到清晰标准的共振信号，反复调节了单螺调配器、谐振腔长度、微波频率和样品位置，发现一般情况下，样品位置对信号结果影响最大，也是实验中最难控制的一部分。1、铁磁共振实验（1）单晶样品共振信号（2）多晶样品励磁电流与检波电流数据表励磁电流I1（A）1.7001.7401.8281.8701.898检波I2（uA）5452504846励磁电流I1（A）

6、1.9402.0082.0392.0762.414检波I2（uA）4446485054曲线图：讨论：在铁磁共振实验中，为了调节出理想的共振信号，主要靠移动样品的位置。但因为样品精确位置不好把握，所以最后得到的共振信号不是完全对称，可能受微波源的频率影响所致。四、结论与展望结论：在电子自旋共振实验和铁磁共振实验中，调节都需要很耐心和精确，平衡各项参数，直到得到一个相对准确又清晰的共振信号。另外，多晶样品由于共振信号长度太大，只能通过磁场大小与检波器电流关系得出。展望：电子自旋共振和铁磁共振的测量方法精确灵敏且对样品无损坏，并且在现实生活中得到广泛应用。所以，学习并掌

7、握好如何调节最优共振信号后，能减少实验测量中的许多误差，得到更精确的结果。五、参考文献[1]潘志芳，邓清：电子自旋共振实验简易操作方法。《实验科学与技术》，2007.4.[2]吴泳华，康士秀，赵乌兰：电子自旋共振实验。《中国科学技术大学学报》，1981.4.[3]侯碧辉，李志伟，陈裕涛：铁磁共振实验中值得注意的几个问题。《波谱学杂志》，2002.2[4]熊俊：《近代物理实验》，北京师范大学出版社，2007.[5]赵保路：电子自旋共振技术在生物和医学中的应用。《波谱学杂志》2010.1.