/西安理工大學實驗報告題目電子順磁共振專業應用物理學班級應物11２學號311０8３1053學生黃倩指導教師解光勇２０13年電子順磁共振實驗實驗目的1．在了解電子自旋共振原理的基礎上,學習用微波頻段檢查電子自旋共振信號的方法。2。觀察共振信號波形,李薩如圖形和色散圖形。３．測定DPPH中電子的g因數。實驗內容１。熟悉電子自旋共振原理和儀器使用，正確連接實驗儀器;2．調節得到電子自旋共振吸收和色散信號，并利用示波器觀察信號,記錄信號圖形；3。利用特斯拉計測量恒定磁場強度，并與理論估算結果相比較;4.根據測得的恒定磁場值，計算出DPPH樣品的g因子。實驗儀器電子順磁共振儀、示波器、DPPＨ樣品儀器使用方法連線方法：通過連接線將主機上的“掃描輸出”端接到磁鐵的一端。將主機上的“直流輸出”端連接在磁鐵的另一端。通過Q9連接線將檢波器的輸出連到示波器上。將微波源與主機相連。其裝配圖如下所示:1-微波源2－隔離器3－環型器4

-扭波導５-直波導６－樣品7—短路活塞8－檢波器實驗原理具有未成對電子的物質置于靜磁場Ｂ中,由于電子自旋磁矩與外部磁場相互作用導致電子的基態發生塞曼能級分裂:(為波爾磁矩，g為無量綱參數);當在垂直于靜磁場方向上所加橫向電磁波的量子能級時,滿足共振條件，此時未成對電子由下能級躍遷到上能級。1.電子的軌道磁矩與自旋磁矩由原子物理可知,對于原子中電子的軌道運動,與它相應的軌道磁矩為(2－1）式中為電子軌道運動的角動量,e為電子電荷,為電子質量，負號表示由于電子帶負電，其軌道磁矩方向與軌道角動量的方向相反，其數值大小分別為,原子中電子除軌道運動外還存在自旋運動。根據狄拉克提出的電子的相對論性波動方程-—狄拉克方程，電子自旋運動的量子數Ｓ=l/2，自旋運動角動量與自旋磁矩之（2－2)其數值大小分別為，比較式(２－２)和（2—１）可知,自旋運動電子磁矩與角動量之間的比值是軌道運動磁矩與角動量之間的比值的二倍。原子中電子的軌道磁矩與自旋磁矩合成原子的總磁矩.對于單電子的原子,總磁矩與角動量之間有（2－3)其中(2-4）g稱為朗德g因數.由式（２-４）可知，對于單純軌道運動g因數等于1;對于單純自旋運動g因數等于2.引入回磁比，即(2－５)其中（2—6）在外磁場中,和的空間取向都是量子化的。在外磁場方向上的投影為，相應的磁矩在外磁場方向上的投影為，(2—7）稱為玻爾磁子,電子的磁矩通常都用玻爾磁子作單位來量度。2。電子順磁共振(電子自旋共振)既然總磁矩的空間取向是量子化的，磁矩與外磁場B的相互作用能也是不連續的。其相應的能量為（２—８)不同磁量子數m所對應的狀態上的電子具有不同的能量。各磁能級是等距分裂的,兩相鄰磁能級之間的能量差為（２-9)當垂直于恒定磁場B的平面上同時存在一個交變的電磁場B１,且其角頻率滿足條件:,即?(２—1０）時,電子在相鄰的磁能級之間將發生磁偶極共振躍遷.從上述分析可知，這種共振躍遷現象只能發生在原子的固有磁矩不為零的順磁材料中，稱為電子順磁共振。實驗步驟1、將DPPＨ樣品插在諧振腔的小孔中；２、打開電源,將示波器的輸入通道打在直流（ＤＣ）檔上；３、調節檢波器中的旋鈕，使直流（DC）信號輸出最大; ４、調節短路活塞,再使直流（DC）信號輸出最小；5、將示波器的輸入通道打在交流(AC）檔上，幅度為5mV檔;６、這時在示波器上就可以觀察到共振信號,但此時的信號不一定最強，可以在小范圍的調節短路活塞與檢波器，也可以調節樣品在磁場中的位置（樣品在磁場中心處于最佳狀態），使信號達到一個最佳的狀態。7、信號調出以后，關機，將阻抗匹配器接在環形器中的（Ⅱ）端與扭波導中間，開機,通過調節阻抗匹配器上的旋鈕，就可以觀察到吸收或色散波形；8、由磁鐵磁感應強度B，微波頻率ｆ，根據，計算出自旋磁比，又因為，所以有：，計算出朗德g因子值.六。注意事項實驗中采用部分Q９連接線，注意不要生拉硬扯,避免損壞接線;注意保持微波系統的水平，樣品腔應調整至磁場中心位置；調節微波信號時,注意要緩慢調節各部分旋鈕,并時刻注意波形變化;注意不要磕碰特斯拉計探頭，避免造成損壞。實驗結果1.記錄信號圖形共振吸收圖形:李薩如圖形：2．計算DPＰＨ的朗德因子g：f=9.３7GHｚ處于共振狀態的磁場強度磁鐵間隙磁感應強度測量表B0／mT335．7335.4334。９336．７333。9=１．９９936公認的DPPH的ｇ值為2．00３８相對誤差：誤差分析：1、使用特斯拉計測量磁鐵間隙磁感應強度時，有時視數不穩定，取值有一定的偏差；2、在調節諧振腔的頻率ｆ時，所取得的頻率可能不是最佳的頻率點。八．實驗分析電子順磁共振(EPR)和核磁共振（NMR)的區別:a.EPR和NMR是分別研究電子磁矩和核磁矩在外磁場中重新取向所需的能量;ｂ。EPＲ的共