微波電子順磁振

微波電子順磁共振電子順磁共振又稱電子自旋共振。由于這種共振躍遷只能發(fā)生在原子的固有磁矩不為零的順磁材料中，因此被稱為電子順磁共振；因?yàn)榉肿雍凸腆w中的磁矩主要是自旋磁矩的貢獻(xiàn)所以又被稱為電子自旋共振。簡稱“EPR”或“ESR”。由于電子的磁矩比核磁矩大得多，在同樣的磁場下，電子順磁共振的靈敏度也比核磁共振高得多。在微波和射頻范圍內(nèi)都能觀察到電子順磁現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)使用微波進(jìn)行電子順磁共振實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．研究微波波段電子順磁共振現(xiàn)象。2．測量DPPH中的g因子。3．了解、掌握微波儀器和器件的應(yīng)用。4．進(jìn)一步理解諧振腔中TE10波形成駐波的情況，確定波導(dǎo)波長。實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)有關(guān)物理理論方面的原理請參考有關(guān)“電子自旋（順磁）共振”實(shí)驗(yàn)“微波參數(shù)測量”實(shí)驗(yàn)等有關(guān)章節(jié)。在外磁場B0中，電子自旋磁矩與B0相互作用，產(chǎn)生能級分裂，其能量差為（1）其中g(shù)為自由電子的朗德因子，g=2.0023。在與B0垂直的平面內(nèi)加一頻率為f的微波磁場B1，當(dāng)滿足（2）時，處于低能級的電子就要吸收微波磁場的能量，在相鄰能級間發(fā)生共振躍遷，即順磁共振。在熱平衡時，上下能級的粒子數(shù)遵從玻爾茲曼分布（3）由于磁能級間距很小，，上式可以寫成此萌覺虛挑謎致看藍(lán)望度錘梯艙禍霞底幼（初4）剝由于新，因艘此請N恢2冒<N可1事，即創(chuàng)上能干級上典的粒瘦子數(shù)亡應(yīng)稍熔低于禿下能丟級的噴粒子浸數(shù)。憂由此碑可知羊，外區(qū)磁場津越強(qiáng)東，射站頻或爭微波纖場頻述率皆f姻越高剛，溫待度越奮低，忍則粒液子差抵?jǐn)?shù)越怒大。米因?yàn)樵缥⒉ㄞk波段必的頻厲率比劈射頻眨波波腿段高啄得多占，所紹以微笛波順鼻磁共撓振的炭信號閘強(qiáng)度陷比較跡高。宜此外扮，微姿波諧嫂振腔堆具有派較高交的怕Q貞值，顯因此嗚微波資順磁代共振侍有較薄高的號分辨麗率。島微波丹順磁晨共振普有通荒過法蒼和反巧射法憲。反雷射法出是利啄用樣蜂品所營在諧碧振腔抵對于飼入射恒波的薄反射易狀況部隨著尼共振膨的發(fā)準(zhǔn)生而獵變化希，因共此，貪觀察回反射蟲波的沸強(qiáng)度良變化智就可撲以得券到共脅振信鋼號。喜反射盯法利躲用微嫩波器端件魔傅T擊來平溜衡微勞波源迫的噪樹聲，簡所以直有較數(shù)高的擇靈敏技度。耳與核染磁共旁振等攪實(shí)驗(yàn)滋類似棒，為隔了觀麥察共提振信呼號，油通常至采用競調(diào)場俯法，為既在便直流筋磁場誘B匙D校上迭五加一毒個交陪變調(diào)喬場兄B恩A突co妄s立ω興t距，這思樣樣自品上的的外匙磁場榜為桃B=牢B懸D四+佛B(yǎng)俗A司co莖s鬼ω問t惕。當(dāng)榨磁場歌掃過蒸共振痛點(diǎn)，統(tǒng)滿足丘胃伍受繼啞弱悅壟犯吃憑盜嬸效搖最簡（5坡）纏時，聾發(fā)生戚共振紛，改邪變諧狠振腔紛的輸塔出功緒率或枝反射廉狀況誕，通轟過示丙波器專顯示痕共振田信號想。色實(shí)驗(yàn)菜裝置凈由電殺磁鐵癢系統(tǒng)樂，微輔波系予統(tǒng)和仍電子復(fù)檢測圍系統(tǒng)拔等組章成。屑1．姨電磁訴鐵系驗(yàn)統(tǒng)擱由電窮磁鐵吼，勵楊磁電眼源和煎調(diào)場楚電源銅組成鑼，用尚于產(chǎn)壽生外亞磁場羽B(yǎng)=爆B壞D蜘+守B蝴A廊co產(chǎn)s芹ω利t皮。勵貍磁電榨源接齡到電瞎磁鐵闖直流州繞組憤，產(chǎn)穴生坐B殃D蹤通過義調(diào)整失勵磁巖電流舟改變件B拘D粉。調(diào)凡場電糖源接殲到電溉磁鐵語交流虎繞組局，產(chǎn)殃生冒B磨A斯co呢s疤ω溫t逼，并舍經(jīng)過稱相移鬧電路感接到投示波胞器盤X楚軸輸逐入端斤。叢2．方微波跳系統(tǒng)約三厘愛米固罵態(tài)信歐號源間：產(chǎn)沈生微師波信諒號?？赘綦x拖器哄：只瞎允許慣微波允從輸枕入端禍進(jìn)，刃從輸跳出端封出。衡起隔戲離微栗波源耍與負(fù)椅載的鴿作用揚(yáng)。唐可變亞衰減肯器哈：用循于調(diào)徑整輸堆入功似率。撞波長賭計(jì)疑：用境來測撤量微構(gòu)波波織長，盯使用陳時調(diào)猾整螺縮旋測現(xiàn)微計(jì)汽，在篇示波箏器上污會出歌現(xiàn)吸瓦收峰梨，或吉微安謀表指宜示大筑幅度禿下降俊，根勁據(jù)螺底旋測膜微計(jì)乒的讀芳數(shù)查虧表，俗即可停得到煙吸收魄峰處漿的微分波頻沉率。沫調(diào)配羅器膛：使奧兩種蒙不同佳阻抗鉆的微怖波器克件達(dá)夠到匹爐配的蠶可調(diào)限器件窄，匹慘配就蜘是將客輸入跌的波閥完全孔吸收慨，沒日有反乖射。拉檢波唇器固：用巴來測倆量微暮波在賺測點(diǎn)壯的強(qiáng)怒度。卷諧振扎腔歌：本手實(shí)驗(yàn)慘使用就TE管型諧誘振腔眨，腔贊內(nèi)形餓成駐恒波，光將樣礦品置旗于駐盈波磁市場最丙強(qiáng)的備地方賴，才分能出矮現(xiàn)磁黨共振鍵。微悶波從脂腔的上一端澡進(jìn)入戴，另節(jié)一端室是一臥個活鍛塞，羽用來怨調(diào)節(jié)濾腔長體，以亮產(chǎn)生海駐波染，腔氣內(nèi)裝免有樣股品，享樣品餐位置暗可沿叨腔長肺方向戰(zhàn)調(diào)整勺。待D噴PP儀H礎(chǔ)樣品棟：密徑封在骨細(xì)尼木龍管亂中，氏置于飛諧振存腔內(nèi)啟。圖（1）魔T示意圖緣魔趣T鎮(zhèn)：它宜有晌4禮個臂緒，相衛(wèi)對臂嫩之間興是互恒相隔玉離的繳。當(dāng)哀4員個臂蝕都匹惜配時徒，微略波從香任一局臂（皮如臂翁4乳）進(jìn)血入，垮則等供分進(jìn)弄入相彎鄰兩傘臂（載2絨、提3趙），是而不天進(jìn)入坑相對場的臂態(tài)（恭1戲）。細(xì)但當(dāng)逗相鄰悟兩臂哪（紛2深、豆3杜）若辦有反貢射則健能進(jìn)眾入相教對臂窯。這擁樣將潮臂決3突接諧撐振腔接，臂篇2某接匹洪配器粥，臂天1偵接檢餡波器寄，當(dāng)罵樣品都產(chǎn)生膝磁共圍振吸遣收微亦波能憶量改玻變魔桌T泰匹配啄狀態(tài)腫時，巴就有爺微波德從諧虛振腔宗反射真回來尖進(jìn)入負(fù)圖（1）魔T示意圖圖（2）諧振腔圖（2）諧振腔示意圖特3．模電子紛儀器勁微安榆表：藝測量冠檢波父電流勾。包示波團(tuán)器的特斯假拉計(jì)督：測蛇量靜臣磁場映強(qiáng)度友。柳實(shí)驗(yàn)瞎內(nèi)容擱和步晚驟佛1掙．微促波波蒼長和金諧振王腔的懸調(diào)整攝將可韻變衰旬減器崗調(diào)到仁10置0。麗打開勾三厘毀米固皆態(tài)波伏信號掛源的榜電源難，消“聲工作慰狀態(tài)匙”捏置外“恐連續(xù)燥”伴檔。排預(yù)熱弦20梁分鐘愧。忌將諧墾振腔竟活塞陵調(diào)到帆14裁0壓mm邁，即壇腔長轟調(diào)到通14凈0戰(zhàn)mm曬；樣耽品位從置調(diào)堡到7剝0配mm撫。本根據(jù)套諧振徐腔長彎度應(yīng)知為豬，即砍半波需導(dǎo)波淡長的私整數(shù)稀倍，維n跡取6形，由火式（拳7）賺計(jì)算簡出所溪需的胖入射釣波波成長物λ勉和相雜應(yīng)的躍諧振墨頻率區(qū)。此變時諧秤振腔頸內(nèi)為護(hù)TE桂10確6棋波。午調(diào)整汗可變則衰減段器，廁使檢偏波電堂流為莫70咽微安好。調(diào)竹整微漸波頻憐率嘴，方體法如痛下：副參考哈“要頻率怎—闊測微蕩器刻侵度對騾照表功”欺上的籌數(shù)值浸，仔臥細(xì)調(diào)蘆整頻耗率測哄微器感（垂俊直方沸向的懲測微肝器）都，并吵用波粱長計(jì)筐測量逼微波串頻率伴，直款到出士現(xiàn)諧裕振頻憤率。盾測量萌后將勉波長起計(jì)調(diào)燈到遠(yuǎn)駐離諧尺振頻揮率的小位置錄。絡(luò)微調(diào)趙諧振跳腔活款塞和赴樣品者位置蝶，使量檢波緒電流循最小瘦。此撲時樣橡品位隙于諧到振腔這中微口波磁崇場最盞強(qiáng)位姥置。情2．幟ES拔R扣信號付的觀珍測堆將勵彼磁電挑源電歷壓調(diào)巖到0漿，打硬開勵痰磁電栗源，澆打開旁掃場變電源擠。調(diào)耐整示晃波器徐為唱XY倡工作恥方式療，兩金通道臭都置掏“項(xiàng)AC茅”剩檔，轟X天靈敏波度置蝦10誠mV趴/D惜IV蠅，島Y宗靈敏表度置紫1V捏/D細(xì)IV偽，開震示波緒器。膜斷開驗(yàn)微安楚表，友可變次衰減留器下平調(diào)，捆將在枯1杰.5顆—暖2耗.寄1趣A泳范圍棋內(nèi)在慎仔細(xì)者調(diào)整巷勵磁戰(zhàn)電流偶，使瀉示波奪器顯盤示共江振峰啞，調(diào)淘整調(diào)傷配器懷，使核共振懶峰如滴圖（妖4）顫所示妙。在揮此過圈程中楊，需亮要調(diào)愈整示簽波器湖和可果變衰胃減器毯，使筋示波萄器能田夠清橡晰顯填示共愁振峰埋?？蓨A變衰玉減器賺不要繳調(diào)的縱過小剪，一憐般不回低于僻30柳，以沉保護(hù)萍檢波凈器。困調(diào)整予掃場擊電源斷的相時位，忠使兩手共振鮮峰重茂合。異調(diào)整持勵磁房電流召使共慧振峰事居中叨。記脆錄勵扮磁電松流值雅。用耕特斯君拉計(jì)配測量如磁場隨。荷移動廚樣品旗位置派，測缺出各倘共振扮信號罷出現(xiàn)湊的位嗚置嶄z雄1餡,刪z營2巾,窩z展3哥…渣。圖（4）共振吸收峰總改變頁諧振已腔腔控長，坦重復(fù)魯以上鳥步驟登，得玻到另衰外幾偉組組賣數(shù)據(jù)飽。圖（4）共振吸收峰買3．貓數(shù)據(jù)丹處理扯（1功）計(jì)飾算健g的因子扇。圈（2領(lǐng)）求砌波導(dǎo)興波長懸λ拘g(shù)炎（6內(nèi)）細(xì)矩?cái)[與品由波畝長表銷測量距λ悼所得視到的轎（7伍）休相比凳較宗,鋼其中姥波導(dǎo)紅寬度對a=梢22半.8澤mm某。享注意玩事項(xiàng)公磁極攤間隙運(yùn)的大凝小由捕教師法調(diào)整脹，學(xué)托生不融要調(diào)拼整，巷以免習(xí)損壞交樣品怨腔。左樣品凡位置墳和腔喘長調(diào)倒整不景要用厚力過顛大、脂過猛搜，防連止損導(dǎo)壞。配保護(hù)燃特斯嘗拉計(jì)通的探毅頭防鍵止擠適壓磕既碰，鎖用后土不要聲拔下危探頭作。柴勵磁騙電流燈要緩環(huán)慢調(diào)閱整，男同時昂仔細(xì)喬注意何波形峽變化圾，才褲能辨仍認(rèn)出麥共振內(nèi)吸收練峰。質(zhì)回答廉問題超本實(shí)疤驗(yàn)中甲諧振嘴腔的做作用參是什綿么？炊腔長華和微蕉波頻鏟率