石河子大学：《综合物理实验》课程PPT教学课件（近代物理实验）电子自旋共振实验

电子自旋共振 石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期

电子自旋共振 石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期

概述 ÷电子顺磁共振(EPR)或称电子自旋共 振（ESR)现象最早发现于1945年。它 利用具有未成对电子的物质在磁场作用 下吸收电磁波的能量使电子发生能级间 的跃迁的特征，对顺磁性物质进行检测 与分析

概述 ❖电子顺磁共振（EPR）或称电子自旋共 振（ESR）现象最早发现于1945年。它 利用具有未成对电子的物质在磁场作用 下吸收电磁波的能量使电子发生能级间 的跃迁的特征，对顺磁性物质进行检测 与分析

概述 ·EPR是目前检测未成对电子的唯一直接的方 法，它具有检测灵敏度高、样品不受破坏和 对化学反应无干扰等优点。因此，通过追踪 反应过程中未成对电子的形成、消失、再生 和转移，对研究反应机制和了解物质的结构 与性能的关系有重要的作用

概述 ❖ EPR是目前检测未成对电子的唯一直接的方 法，它具有检测灵敏度高、样品不受破坏和 对化学反应无干扰等优点。因此，通过追踪 反应过程中未成对电子的形成、消失、再生 和转移，对研究反应机制和了解物质的结构 与 性 能 的 关 系 有 重 要 的 作 用

实验目的 ·了解电子自旋共振的基本原理和实验方法 ·观察并研究电子自旋共振现象，测量DPPH 中电子的朗德g因子及共振线宽

实验目的 ❖ 了解电子自旋共振的基本原理和实验方法 ❖ 观察并研究电子自旋共振现象，测量DPPH 中电子的朗德g因子及共振线宽

原理简介 ÷电子具有$=1/2的自旋量子数，并且具有相 应的自旋磁矩。电子处于稳恒磁场时，原来 的单个能级将劈裂为两个能级，能量差为： △E=geBB

原理简介 ❖ 电子具有s=1/2的自旋量子数，并且具有相 应的自旋磁矩。电子处于稳恒磁场时，原来 的单个能级将劈裂为两个能级，能量差为： ❖ ΔE＝geµBB

÷如在垂直于外磁场B,另加一频率为的射频场， 当满足： hVo=△E=geμBB 电子自旋从射频场中吸收能量从低能级跃迁到 高能级，产生了电子自旋共振现象。 ge hvo/(UgB)

❖ 如在垂直于外磁场B,另加一频率为ν的射频场， 当满足： hν0＝ΔE＝geµ BB 电子自旋从射频场中吸收能量从低能级跃迁到 高能级，产生了电子自旋共振现象。 ge = hν0/(µ BB)

由于自旋-晶格相互作用，使自旋不能静止在 某一个能级上，而是不断的跃迁在两个能级 之间，这是一个动态平衡，电子停留在一个 能级上的寿命△t只能是有限值，有测不准关 系△E△t≤h,谱线只能是有限宽度。 ÷另外由于自旋与自旋之间的相互作用，使得 真正的共振磁场B,=B+B,由于B有一个分 布，所以B也是一个变量

❖ 由于自旋-晶格相互作用，使自旋不能静止在 某一个能级上，而是不断的跃迁在两个能级 之间，这是一个动态平衡，电子停留在一个 能级上的寿命Δt 只能是有限值，有测不准关 系ΔEΔt ≤ħ，谱线只能是有限宽度。 ❖ 另外由于自旋与自旋之间的相互作用，使得 真正的共振磁场B,= B+ B’，由于B’有一个分 布，所以B也是一个变量

自由基有一个未成对的电子，对于自由电子 它只具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淬灭了，故电子的 顺磁共振又称电子自旋共振

❖ 自由基有一个未成对的电子，对于自由电子， 它只具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淬灭了，故电子的 顺磁共振又称电子自旋共振

应用 EPR的研究的主要对像大致有一下几类： 必 自由基，即分子中具有一个未成对电子的分 子 ÷双基或多基，含有两个或两个以上的未成对 电子，且这两个未成对电子相距较远，它们 之间的耦合很弱

应用 EPR的研究的主要对象大致有一下几类： ❖ 自由基，即分子中具有一个未成对电子的分 子； ❖ 双基或多基，含有两个或两个以上的未成对 电子，且这两个未成对电子相距较远，它们 之间的耦合很弱

三重态分子，他们具有两个未成对电子，各 占一个分子轨道； 。一些过渡金属离子和稀土离子； 固体中的某些局部晶格缺陷，如半导体中的 空穴，晶体中的F心、V心

❖ 三重态分子，他们具有两个未成对电子，各 占一个分子轨道； ❖ 一些过渡金属离子和稀土离子； ❖ 固体中的某些局部晶格缺陷，如半导体中的 空穴，晶体中的F心、V心