中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）实验3-3-电子自旋共振（PPT）

中因石油人学 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 近代物理实验 实验33电子自旋共振 周丽霞 理学院物理与光电工程系

周丽霞 理学院 物理与光电工程系

中圆石油大学 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 主要内容 电子自旋共振基本原理 2 实验3-3-1射频电子自旋共振 实验3-3-2微波电子自旋共振

主要内容 2 实验3-3-1 射频电子自旋共振 3 实验3-3-2 微波电子自旋共振 1 电子自旋共振基本原理

十圆不也大学华东 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 电子自旋共振基本原理 电子自旋共振(Electron Spin Resonance,简称ESR) 是指电子自 旋磁矩在磁场中因吸收电磁辐射而发生的共振跃迁现象，是分析原子分 子中不成对电子的位置、能态以及周围环境等信息的物理实验技术，是 探索物质微观结构和运动状态的重要手段。研究对象有：自由基、三重 态分子、过渡金属离子、稀土离子及固体中某些局部晶格缺陷等。 电子自旋磁矩与磁场 作用造成自旋能级分裂 E=瓜B=4,B=±284，B 分裂能级差 AE=gHpB 电子自旋共振条件 hm=△E=84BB

电子自旋共振基本原理 1. 含有未成对电子的原子的磁矩 电子自旋共振（Electron Spin Resonance，简称ESR） 是指电子自 旋磁矩在磁场中因吸收电磁辐射而发生的共振跃迁现象，是分析原子分 子中不成对电子的位置、能态以及周围环境等信息的物理实验技术，是 探索物质微观结构和运动状态的重要手段。研究对象有：自由基、三重 态分子、过渡金属离子、稀土离子及固体中某些局部晶格缺陷等。 1 2 E B B g B =  = =     S S z B  = E g B  B 电子自旋磁矩与磁场 作用造成自旋能级分裂 分裂能级差 B 电子自旋共振条件 hv E g B =  = 

中因不油大学别 电子自旋共振条件 hy=glgB CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 电子吸收能量 电子自旋能级裂距 he 玻尔磁子： 电子朗德因子g: 4πm 8=2.0023 =9.27400968(20)×1024J-T1 •电子自旋共振实验样品 DPPH自由基分子 N02 8=2.0038 含有未成对电子 电子吸收能量： 射频磁场 (由射频线圈提供) 微波 (由微波系统提供)

B •电子自旋共振条件 hv g B =  电子吸收能量 = 4 B he m   =9.27400968(20)×10−24J·T−1 玻尔磁子： 电子朗德因子g： g = 2.0023 •电子自旋共振实验样品——DPPH自由基分子 含有未成对电子 g = 2.0038 电子自旋能级裂距 •电子吸收能量： 射频磁场 （由射频线圈提供） 微波 （由微波系统提供）

中因石油大学 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 实验3-3-1射频电子自旋共振 实验目的 实验仪器 3 实验内容 4 注意事项 5 思考题

1 2 3 实验仪器 实验目的 4 5 实验内容 注意事项 思考题 实验3-3-1 射频电子自旋共振

中因石油大学 华东】 一、实验目的 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 掌握射频电子自旋共振实验方法 测定DPPH自由基的g 测定DPPH自由基的电子自旋共振弛豫时间T2

一、实验目的 掌握射频电子自旋共振实验方法 测定DPPH自由基的g 测定DPPH自由基的电子自旋共振弛豫时间T2

二、实验仪器 十因石油大学 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 样品、射频线圈 恒定磁场与扫场线圈 射 示波器 检波器 扫场电源 边限振荡 恒定磁场 电源 放大器 频率计 射频电子自旋共振实验仪 实验仪框图 射频线圈提供射频磁场能量并接收电子自旋共振信号

二、实验仪器 射频电子自旋共振实验仪 实验仪框图 射频线圈提供射频磁场能量并接收电子自旋共振信号

中国石油大学东 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 电子自旋共振条件：hm=g4gB=g4g(B。+B,+B。,)v为射频场频率 B B 共振信号A (a) (b) (c) 调节ν时的电子自旋共振信号

调节n时的电子自旋共振信号 0 ( ) B B s e 电子自旋共振条件: hv g B g B B B = = + +   ⊥ n为射频场频率 共振信号 Bs B B 0 + e⊥

中因方油大学 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 电子自旋共振条件：w=g4gB=g4B(B+B,+B。1) 扫场B。 Bo+B. 共振信号 (a) (b) (c) 共振信号等间 调节B,时的电子自旋共振信号 隔时扫场为零

调节B0时的电子自旋共振信号 电子自旋共振条件: B B 0 + e⊥ 0 ( ) B B s e hv g B g B B B = = + +   ⊥ 共振信号等间 隔时扫场为零

三、实验内容 中因石油大学东 CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 1.观察电子自旋共振信号 B。+B。 2.测量未成对电子的朗德因子g B正向 hw=84B(B。+Be1) B反向 -hw=g4g(-B'o+B。L) 共振信号等间隔 两式相减2w=84(B。+B'o) HoNI 2hv B0= 德因子g= V2+D2 4g(B。+B'o) 真磁导率：4=4π×10N·A2

三、实验内容 1. 观察电子自旋共振信号 2. 测量未成对电子的朗德因子g 0 ( ) B e B0正向 hv g B B = +  ⊥ 0 ( ' ) B e B − = − + hv g B B  ⊥ 0反向 共振信号等间隔 0 0 2 ( ' ) B 两式相减 hv g B B = +  0 0 2 ( ' ) B hv g  B B = 朗德因子 + 2 2 0 0 L D NI B + =  7 2 0  4 10 N A − − 真磁导率 =   :