微波电子顺磁共振

• （5）根据“3cm空腔波长表频率刻度对照表”， 调整波长表的刻度，使振荡频率在9370MHz 左右。 调整微波频率，，并用波长及测量微波频率，直 到出现谐振频率。测量后将波长计调到远离谐振 频率的位置。 • （6）微调谐振腔活塞和样品位置，使检波电流最 小。此时样品位于谐振腔中微波磁场最强位置。
B 0
1
B
0
• 在热平衡时，上下能级的粒子数遵从玻尔兹曼分 N 布 e N • • 由于磁能级间距很小， E KT 上式可以写成
2 E / KT 1
N2 E 1 N1 KT
• 由于 E / KT 0 ，因此 N N ，即上能级上的粒子 数应稍低于下能级的粒子数。有此可知，外磁场 越强，射频或微波场频率f越高，温度越低，则粒 子数越大。因为微波波段的频率比射频波波段的 频率高得多，所以微波顺磁共振的信号强度比较 高，此外，微波谐振腔具有较高的Q值，因此微 波顺磁共振有较高的分辨率。
• 理论：
3.2cm
g 27mm
2 1
微波顺磁共振有通过法和反射法
• 反射法是利用样品所在谐振腔对于入 射波的反射状况随着共振的发生而变 化，因此，观察反射波的强度变化就 可以得到共振信号。反射法利用微波 器件魔T来平衡微波愿的噪声，所以有 较高的灵敏度。
• 与核磁共振等实验类似，为了观 察共振信号，通常采用调场法， 即在直流磁场B0上迭加一个交变 调场Bcoswt，这样样品上的外磁 场为 B B B cos wt 。当磁场扫过共振 hf B 点，满足 g 时，发生共振， 改变谐振腔的输出功率或反射状 况，通过示波器显示共振信号
0 A
B
实验装置
• 1.磁铁系统 • 由磁铁，励磁电源和调场电源组成，用于 产生外磁场 B B B cos wt 。励磁电源 接到电磁铁直流绕组，产生B0通过调整励 磁电流改变B0，调场电源接到电磁铁交流 绕组，产生 B cos wt ，并经过相移电 路接到示波器X轴输入端。
0 A
A
由电磁铁系统，微波系统和电子检测系统等组成，实验装 置如图
谐振腔示意图
实验内容：
1.微波波长和谐振腔的调整 （1） 根据图2连接线路，熟悉各仪器及元件的使 用方法。 （2） 将可变衰减器调到 100.打开三厘米固态波信 号源的电源，按下三厘米固态信号源的“电压” 和“等幅”按钮。预热 20分钟。 （3） 调节“可调谐振腔旋钮”，样品置于磁场的 中央，即将样品位置刻度值置于90mm左右处。 （4） 按下“检波”旋钮，使电表指示占满度的 70%左右，将“扫场”按钮弹起。
微波电子顺磁共振
主讲人：罗沛 组员：罗沛 张宝林 刘诚 刘石林
实验目的： 1.研究微波波段电子顺磁共振现象 2.测量DPPH中的g因子 3.了解。掌握微波仪器和器件的应用 4.理解谐振腔中TE10波形的情况，确定波导长
源自文库g
实验原理
• 本实验有关物理理论方面的原理请参考“核磁共 振实验”，“微波基本参量和传输特性”等有关 章节。 • 在外磁场B0中，电子自旋磁矩与B0相互作用， 产生能级分裂，其能量为E g B • B E g B • 在与B0垂直的平面内加一频率为 f的微波磁场 f h h • 当满足 时，处于低能级的电子就要 吸收微波磁场能量，在相邻能级间发生共振跃迁， 即顺磁共振。
g
• 2. ESR信号的观测 （1） 打开扫场电源。调整示波器为XY工作方式，开示 波器。 （2） 按下扫场旋钮，可变衰减器下调，在1.7—1.9A范 围内再仔细调整励磁电流，是示波器显示共振峰，同时 调节衰减器与灵敏度，使波峰更清晰。 （3） 调整扫场电源的相位，使两共振峰重合。调整励磁 电流使共振峰居中。记录励磁电流值。用特斯拉计测量 磁场。 （4） 移动样品位置，两信号之间距离即为 g / 2 。 改变谐振腔腔长，重复以上步骤，得到另外几组数据。
• 3.数据处理 （1）计算 g 因子。 （2）求波导波长
g 2 zn1 zn
z1 67.0mm, z2 90.0mm 得： g 46mm
与由波长表测量 所得到的
g / 1 / 2 a
2
相比较，其中波导宽度 a=22.8mm。 （3）分析实验测量的误差