电子自旋共振(射频)(340)

1 中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 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 1SSpS （7-2-1） 其中S 是电子自旋量子数， 2/1S。 电子的自旋角动量Sp 与自旋磁矩S 间的关系为 12SSgpmegBSSeS （7-2-2） 其中：em 为电子质量；eBme2，称为玻尔磁子；g 为电子的朗德因子，具体表示为 )1(2)1()1()1(1JJSSLLJJg （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，SLJ。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角动量和自旋磁矩。 设gmee2为电子的旋磁比，则 SSp （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Sp 的空间取向是量子化的，在z 方向上只能取 mpzS （SSSSm,1,,1,） 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 BBBEzSS21 （7-2-6） 相邻塞曼能级间的能量差为 2 BgBEB （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 3 图7-2-2 DS—1 型电子自旋共振仪面板和...