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这是产生正在原子中的共振接收跃迁征象 个光子
发布日期:2019-11-05   查看次数:

  电 子 自 旋 共 振 实 验 报 告 王文广 U200910198 苏海瑞 U200910218 使用物理学 0903 班 应物 0903 班 王文广 U200910198 电子自旋共振尝试演讲 一、尝试目标 1.领会自旋共振的根基道理和尝试方式 2.察看和研究电子自旋共振现象,丈量二苯基—苦基肼基中电 子的朗德因子 g 因子 二、尝试内容 1.不雅测电子自旋共振的共振波形,丈量共振环境下的 B0 , 并按照计较 g 因子 2.改变微波的频次,丈量分歧频次下的 B0 ,并计较分歧频 率下的 g 因子 三、尝试道理 1.电子的轨道磁矩 电子的轨道磁矩为 ?l = ? r e r Pl 2me r Pl 为电子轨道活动的角动量, e 为电子电荷, me 为电子质量。轨道角 动量和轨道磁矩别离为 h 2π eh ?l = l ( l + 1) 4π me Pl = l ( l + 1) 2.电子的自旋磁矩 ?s = ? r e r Ps me 应物 0903 班 王文广 U200910198 r Ps 为电子自旋活动的角动量, e 为电子电荷, me 为电子质量。自旋角 动量和自旋磁矩别离为 h 2π eh ? s = s ( s + 1) 2π me Ps = s ( s + 1) 由公式能够看出电子自旋活动的磁矩取动量之间的比值是轨道轨道 磁矩取角动量之间比值的 2 倍 3.电子的总磁矩 对于单电子的原子,总磁矩 ? j 取总角动量 Pj 之间有 ? j = ?g r e r Pj me r r 此中 g = 1 + j ( j + 1) ? l ( l + 1) + s ( s + 1) 。对纯真轨道活动 g 为 1,对于 2 j ( j + 1) 纯真自旋活动 g 为 2。 引入旋磁比 γ ,即有 ? j = γ Pj γ = ?g r r r r e me r 正在外中 Pj 和 ? j 都是量子化的,因而 Pj 正在外标的目的上投影为 mh 2π ( m = ? j, ? ( j ? 1) ,L , j ? 1, j ) Pz = 响应的磁矩 ? j 正在外标的目的上的投影为 ?z = γ mh 2π r ( m = ? j, ? ( j ? 1) ,L , j ? 1, j ) 应物 0903 班 王文广 U200910198 由以上公式可得 ?z = ? mgeh = ? mg ? B 4π me ?B = eh 为玻尔磁子 4π me 4.电子自旋共振 电子自旋共振(电子顺磁共振) 因为原子总磁矩 ? j 的空间取向是量子化的, 因而原子处正在外 r 磁矩取外的彼此感化也是量子化的,为 B 中时,磁矩取外的彼此感化也是量子化的 r γ mhB r r E = ? ? j ?B = ? = ? mg ? B B 2π 相邻磁能级之间的能量差为 ?E = 当向能量差为 ?E = γ hB0 γ hB0 的原子发射能量为 hν = 光子时, 光子时 原子将这 2π 2π γ hB 2π 个光子跃迁到高磁能级,这是发生正在原子中的共振接收跃迁现象 个光子跃迁到高磁能级 这是发生正在原子中的共振接收跃迁现象,台 果磁能级是由电子自旋供给的就是“电子自旋共振” 果磁能级是由电子自旋供给的就是 ” 。因而,电 子自旋共振前提是光子的圆频次满脚 ω =γB 5.电子自旋共振研究的对象 电子自旋共振研究的对象 若是中的原子所有的电子轨道都已成对填满了电子, 若是中的原子所有的电子轨道都已成对填满了电子 自旋磁 矩为 0,没有固有磁矩 没有固有磁矩,不会发生电子自旋共振。因而, ,要察看电子 自旋共振要拔取原子中没有完全成对的 物质。 正在这个尝试中, ,我们采用顺磁物质为 DPPH(二苯基-苦基肼 ,它的式为 苦基肼) 应物 0903 班 王文广 U200910198 ( C6 H 5 )2 N ? NC6 H 2 ( NO2 )3 ,它的布局式如图所示。 四、尝试安拆 信号源电源,微波信号源,隔离器,衰减器,波长表,魔 T,调配器, 负载,样品谐振腔,威廉希尔。励磁电源,扫场,示波器,检波器,微安表,电 磁铁 五、尝试过程 1.尝试预备 2.调理微波信号频次为 9370Mhz,然后进行校对 3.使样品谐振腔对微波信号谐振 4.察看电子自旋共振的波形 5.丈量共振 B 6.改变微波信号的频次,反复以上步调丈量共振 B 7.按照每次的丈量值计较出 g 因子 六、尝试记实 由于丈量磁强度时特斯拉计最初一位示数总正在变更, 因而只 记实了到了倒数第二位 微波频次(GHz) 9.00 9.20 9.37 9.60 的磁强度(T) 0.323 0.328 0.334 0.342 应物 0903 班 王文广 U200910198 ?ω = γ B ? e 2π? B g ? γ =g = ? 2me hB ? hγ ?g= ?B B 别离求得的 g 因子的值为 微波频次(GHz) 9.00 9.20 9.37 9.60 的磁强度 (T) 0.323 0.328 0.334 0.342 g 因子的值 1.9886 2.0018 2.0021 2.0032 由数据能够看出第一组数据的误差很大,因而舍去不消。 取剩下三组数据的平均值为 g = 2.0024 取理论值 2.0023 比力得相对误差为 ?g = 0.004% g 由此能够看出这个尝试的误差很小 七、思虑题 1.电子自旋和核自旋的量子特征为什么分歧? 答:电子的磁矩比力大,核的磁矩相对电子小良多,因而电子的 共振频次比核自旋共振频次要大得多。 而且电子自旋遭到另一个电子 的影响比力大,而两个原子核之间的影响则要小得多。 2.正在外加差不多的环境下,核磁共振能够用射频电磁波激 发发生,而电子自旋共振需要用微波激发? 应物 0903 班 王文广 U200910198 答:由 g = hγ 和 ω = γ B 可知,当大小不异时共振时的共振频 ?B 率取粒子的磁矩相关,电子的磁矩比原子核的磁矩大得多,因而共振 频次大得多,需要更高的波来激发。 3.什么物质都能发生电子自旋共振吗? 答:不是所有的物质都能发生电子自旋共振。可以或许发生电子自旋 共振的物质必需有未成对的电子,如许固有磁矩才不为零,才能发生 电子自旋共振。 4.扫场的感化是什么? 答:正在尝试过程很难切确节制的大小,因而我们正在一个固定 的上再加一个交变, 使发生电子自旋共振时所需的可以或许 正在这个范畴内。


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