实验六 电子自旋共振 蔡志骏 张文杰.

电子自旋共振研究Bi_(0.2)Ca_(0.8)MnO_3纳米晶粒的电荷有序和自旋有序王强【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2015(0)18【摘要】利用溶胶-凝胶技术制备了不同晶粒尺寸的Bi_(0.2)Ca_(0.8)MnO_3,通过电子自旋共振研究了晶粒尺寸效应对Bi_(0.2)Ca_(0.8)MnO_3电荷有序和自旋关联的影响.电子自旋共振强度研究表明:晶粒尺寸的减小削弱了长程电荷有序转变,当晶粒尺寸减小到40 nm时,长程电荷有序转变完全消失;在顺磁区域,激活能随着晶粒尺寸的减小增加,表明铁磁耦合增强.所有样品线宽与温度曲线显示出典型的电荷有序特征,这表明在40 nm样品中短程电荷有序态仍然存在,电荷有序态强度不受晶粒尺寸减小的影响.在高温顺磁区域,居里-外斯温度随着晶粒尺寸的减小而降低,表明晶粒尺寸减小削弱了铁磁相互作用.因此,电荷有序态的压制不能归因于Bi_(0.2)Ca_(0.8)MnO_3纳米晶粒中铁磁双交换作用的增强.在纳米尺度的电荷有序锰氧化物中,无序的表面自旋破坏了表面反铁磁排列构型,从而引起了表面铁磁层.晶粒尺寸减小对长程反铁磁电荷有序的削弱比对短程铁磁有序的削弱更加显著,铁磁有序将逐渐占据优势,这使得电子自旋共振强度曲线上电荷有序转变峰消失.【总页数】7页(P439-445)【关键词】钙钛矿锰氧化物;纳米晶粒;电荷有序;自旋有序【作者】王强【作者单位】陕西学前师范学院计算机与电子信息系【正文语种】中文【中图分类】TM262【相关文献】1.电子自旋共振研究Bi0.2Ca0.8MnO3纳米晶粒的电荷有序和自旋有序 [J], 王强2.晶粒尺寸对Bi0.2Ca0.8MnO3电荷有序的影响 [J], 李晓娟;王强_(0.2)Ca_(0.8)MnO_3材料电荷有序转变附近弹性模量的研究 [J], 陈春霞;严正芳;郑荣奎4.Bi_(0.8)La_(0.2)FeO_3/La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3纳米晶多铁薄膜的制备 [J], 李享成;陆培祥;杨光;姚凯伦;朱伯铨5.Mn位W掺杂对La_(0.3)Ca_(0.7)MnO_3电荷有序相的破坏及磁性质影响 [J], 彭振生;郭焕银;毛强;严国清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

微波电子自旋共振摘要本文通过电子自旋共振实验,解释恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场的作用下会发生磁能级间的共振跃迁现象;一、引言电子自旋的概念首先由Pauli 于1924年提出;而电子自旋共振实验则是从1945年开始才发展起来的一项新技术;电子自旋共振研究的对象是具有未偶电子的物质,如具有奇数个电子的原子、分子、内电子壳层未被充满的离子、受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等;通过共振谱线的研究,可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息,从而得到有关物质结构和化学键的信息,故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术,在物理、化学、生物、医学等领域有广泛用途;“自旋”概念的明确提出：1925年,两位年轻的荷兰学生乌伦贝克和哥德斯密特,“为了解释反常塞曼效应”,受泡利不相容原理的启发,明确提出了电子具有自旋的概念,并证明了“自旋”就是泡利提出的“新自由度”;1926年,海森伯和约旦引进自旋S,用量子力学理论对反常塞曼效应作出了正确的计算;1927年,泡利引入了泡利矩阵作为自旋操作符号的基础,引发了保罗-狄拉克发现描述相对论电子的狄拉克方程式;电子自旋共振ESR,Electron Spin Resonance 是一种奇妙的实验现象,也被称为电子顺磁共振EPR,Electron Paramagnetic Resonance;它利用具有未偶电子的物质在外加恒定磁场作用下对电磁波的共振吸收特性,来探测物质中的未偶电子,研究其与周围环境的相互作用,从而获得有关物质微观结构的信息;电子自旋共振现象直到1944年才由苏联喀山大学的扎沃伊斯基.Зabouchu ǔ在实验中观察到;二、实验原理1、量子力学解释电子具有自旋,其自旋角动量Pe 和自旋磁矩e μ的关系为：图1 自旋能级在磁场中的取向g 为朗德因子,B μ为玻耳磁子,其值为×1O-11MevT-1;若电子处于外磁场B 沿Z 方向中,据量子力学可知Pe 和e μ在空间的取向是量子化的,Pe 在Z 方向的投影为:h m P z =m=s,s-1,…-s s 为电子的自旋量子数,等于1/2,m 为磁量子数,故m 可取士1/2;这样,磁矩与磁场的相互作用能为：B g B B E B ez e μμμ21 =-=⋅-= ；因此,在外磁场中,电子自旋能级发生分裂,如图1,其能量差为B g E B μ=∆;这时,若加上一频率为ν的电磁场,使得：B g E h B μν=∆= ；电子将吸收电磁场的能量从下能级跃迁到上能级,这实际上就是带有自旋的电子和电磁波发生的相互作用,称之为电子自旋共振;发生共振时的电磁波频率：B B h gB γπμω==2 ；h g B /2πμγ=,称为电子的旋磁比;对自由电子,由于g=近似于2,共振频率和磁场的关系可简单地描述为：ν410375.0-⨯=B ；频率ν以MHz 为单位;2、经典力学解释从经典力学的观点看,具有磁矩μ和角动量P 的粒子,在外磁场B0中受到力矩0B L ⨯=μ的作用,由于此力矩使角动量发生变化,即L dt P d =,因此,有：0B dt d ⨯=μγμ；若磁场为稳恒磁场且沿Z 方向,上式的解可以表示为：该式表示磁矩绕B0作进动,进动频率00B γω=,如图,这样,磁矩和磁场的相互作用能为：θμμcos B B E -=⋅-= ; 若在垂直于B0的方向即X-Y 平面内加一个旋转磁场B1,其旋转频率为0ω,旋转方向与进动方向一致,因而B1对磁矩μ的影响恰似一恒定磁场,也绕B0进动,结果使夹角θ增大,如图;这样就使得自旋体系在磁场中的能量发生变化,从而导致磁矩的取向从一种状态到另一种状态例如,从自旋状态的+1/2到-1/2,或者说自旋体系能量的改变,就是体系内电子在两个不同能级之间的跃迁;图2 磁矩在外磁场中的进动磁场 B1和其它量的关系 存在B1时的进动情况 因此当在垂直B0的方向上加入射频场B1,只要满足射频场的角频率0ωω=,自旋体系中的自由电子就吸收射频能量,使电子从低能级跃迁到较高的能级,产生所谓电子共振吸收;而这共振吸收的条件是：00B γωω==；和量子力学解释相同;3、共振线宽以上只对一个孤原子体系进行讨论,假定有大量独立的原子,处在热平衡状态时,它们处于于某一状态某一能级的粒子数目服从波尔兹曼分布,当无任何外磁场时,总磁矩表现为0,如果先加上外磁场,而后突然将磁场撤掉,经过一段时间后,粒子又将恢复到平衡状态;设外加磁场如前所述,B0方向Z 方向经T1后恢复到平衡状态,则T1称纵向弛豫时间,它描述自旋粒子系统与周围物质晶格交换能量,使Z 方向磁矩恢复平衡状态的时间常数,故又称自旋—晶格弛豫时间；T2反映在X-Y 平面内的粒子恢复到平衡状态所需要时间,称横向弛豫时间,它描述自旋粒于系统内部通过能量交换使横向磁矩消失过程的时间常数,故又称自旋—自旋弛豫时间;能级宽度引起信号线宽另外,共振时粒子在能级间反复跃迁而不是长期停留在某一能级上,因此,它们处于某一能级上的时间是有限值,即每一个能级都具有一定的能级寿命;据测不准关系 =⋅τδE ,因此其能级也又一定宽度,发生共振跃迁时,信号有一定宽度,如图该宽度由理论可得出：21)1(2212122T T B T γω+=∆ 当B1很小,系统不饱和的情况下,21212T T B γ<<1,这样：22T ≈∆ω,即共振信号的降幅为最大时的一半时对应的频率间隔;若用磁场表示：22T B γ=∆ ；由上所述,谱线的宽度与自旋一自旋相互作用有关,因此研究线宽可以获得自旋和电子轨道运动对其磁矩的贡献,以及周围环境对其所产生的影响; 三、电子自旋共振与塞曼效应的区别电子自旋共振研究的同一电子状态基态的不同塞曼能级本身之间的跃迁,这种跃迁只发生在相邻的塞曼能级之间;而塞曼效应则研究的是不同电子状态的能级间的跃迁;四、实验装置1.固体微波源：在3cm 固态微波电源作用下,可由其体振荡产生波长约为3cm 的微波信号;调节其上的螺旋丝杆可对微波信号的频率进行微调;2.隔离器：只允许微波单向通过,用于防止回波信号损坏微波源.3.可变衰减器：垂直波导宽壁中线沿纵向插入吸收片以吸收部分传输功率,调节其插入深度或离宽壁中线距离,可改变微波输出功率大小;4.波长计：通过螺旋丝杆调节其谐振腔与微波频率达到匹配时,可产生较强的谐振吸收;后续微波通道上的检波器检测到这个谐振吸收信号时,可根据螺旋丝杆读数查表确定微波的实际波长;5.魔T ：是一种互易无损耗四端口网络,与低频桥式线圈相对应,故又称桥式接头,有“双臂隔离,旁臂平分”的特性;当单螺调配器一侧与样品腔一侧状态匹配时,输出到检波器的信号幅度最小;五、实验内容ESR 观测样品采用二苯基三硝基苯DPPH,含有自由基;化学名称是二苯基苦酸基联氨,分子结构式为C6H52N-NC6H2·NO22,它的第二个N 原子少了一个共价键,有一个未偶电子,所以在实验中能够容易地观察到电子自旋共振现象;由于DPPH 中的“自由电子”并不是完全自由的,其g 因子标准值为,标准线宽为×10-4T;结构式为：E 2E 1BM J 3121-3-321212-12塞曼效应电子自旋共振图电子自旋共振与塞曼效应实验操作过程：1、按实验装置连接系统,将可变衰减器顺时针旋至最大,开启系统中各仪器的电源,预热20分钟;2、将旋钮和按钮作如下设置：“磁场”逆时针调到最低,“扫场”逆时针调到最低;按下“检波”按钮,“扫场”按钮弹起,此时磁共振实验仪处于检波状态注：切勿同时按下;3、将样品位置刻度尺置于90mm 处,样品应置于磁场正中央;4、将单螺调配器的探针逆时针旋至“0”刻度;5、信号源工作于等幅工作状态,调节可变衰减器使调谐电表有指示,然后将“检波灵敏度”旋钮指示最大控制磁共振实验仪的调谐指示占满度的1/2左右;6、用波长表测定微波信号的频率,方法是：旋转波长表的测微头,找到电表跌落点,查波长表—刻度表即可确定振荡频率,若振荡频率不在9370MHz,应调节信号源的振荡频率,使其接近9370MHz 的振荡频率;测定完频率后,需将波长表刻度旋开谐振点;7、为使样品谐振腔对微波信号谐振,调节样品谐振腔的可调终端活塞,使调谐电表指示最小,此时,样品谐振腔中的驻波分布如图二所示;8、为了提高系统的灵敏度,可减小可变衰减器的衰减量,使调谐电表显示尽可能提高;然后,调节魔T 另一支臂单螺调配器指针,使调谐电表指示更小;若磁共振仪电表指示太小,可调节灵敏度,使指示增大;9、按下“扫场”按钮;此时调谐电表指示为扫场电流的相对指示,调节“扫场”旋钮可改变扫场电流;10、顺时针调节恒磁场电流,当电流达到~时,示波器上即可出现如图三b 所示的电子共振信号;11、若共振波形峰值较小,或示波器图形显示欠佳,可采用四种方式调整：将可变衰减器反时针旋转,减小衰减量,增大微波功率;正时针调节“扫场”旋钮,加大扫场电流;提高示波器的灵敏度;调节微波信号源振荡腔法兰盘上的调节钉,可加大微波辐射功率;12、若共振波形左右不对称,调节单螺调配器的深度及左右位置,或改变样品在磁场中的位置,通过微调样品谐振腔,使共振波形形成;13、调节“调相”旋钮即可使双共振峰处于合适的位置;14、用高斯计测得外磁场B0,用公式hf0g=―――μBB0计算g 因子;g 因子一般在之间;15、为了得到腔体的波导波长λg,可移动样品的位置,两信号之间距离即为λg/2; 注意事项：1、样品应放在磁场的正中间2、调节频率时,应找到陷波点六、实验数据1查表对应的应为 f=9370MHz ；B=；249.247110/B J T μ-=⨯ ;346.6310h J s -=⨯⋅ ;2409.2710/J T μ-=⨯ ; 3.690.369B KGs T ==;349240 6.63109.3710 1.81529.27100.369hf g B μ--⨯⨯⨯===⨯⨯; 21293.9;71.4;d mm d mm ==122()2(93.971.4)45g d d mm λ=-=⨯-=；实验总结我们通过实验可以更进一步的了解电子自旋共振的知识,通过磁感应强度与g 因子的关系计算g 因子;实验的难点是对实验仪器的调节,在调节的过程中要有耐心而且要按照正确的方法循序渐进的调节直到示波器上能看到正确的稳定的共振信号;通过实验我们也可以看到实验的过程比较简单所以本次的实验重点是认识实验仪器了解各个部件的主要功能并且学会调节实验仪器让样本达到共振的条件;另外我们也要学会对各个图像进行解析;。

电子自旋共振实验报告.pdf 电子自旋共振（Electron SpinResonance，ESR）是一种常用于研究物质中未成对电子的磁共振技术。

下面是电子自旋共振实验报告：一、实验目的1.了解电子自旋共振的基本原理；2.掌握电子自旋共振实验操作流程；3.分析实验数据，得出结论。

二、实验原理电子自旋共振是研究未成对电子在磁场中的磁矩和磁性行为的磁共振技术。

当未成对电子在外加磁场中产生磁矩时，会引起电子能级的分裂，分裂的能级之间发生跃迁。

当外加电磁辐射满足共振条件时，即其频率与能级分裂相等，电子发生能级跃迁并吸收辐射能量，产生电子自旋共振信号。

三、实验步骤1.准备实验器材和样品；2.将样品放入ESR管中，密封；3.将ESR管放入微波谐振腔中；4.开启磁场调节器，逐渐增大磁场强度；5.通过微波源产生微波信号，并调节其频率；6.观察ESR信号的变化，记录共振信号；7.改变磁场强度和微波频率，重复步骤4-6；8.数据分析及处理。

四、实验结果1.实验数据记录序磁场强度(mT)微波频率(GHz)ESR信号强度(dB)号10.109.48-30.220.209.48-22.530.309.48-17.440.109.58-28.650.209.58-21.860.309.58-16.72.ESR信号强度与磁场强度和微波频率的关系图【请在此处插入ESR信号强度与磁场强度和微波频率的关系图】通过观察实验数据，可以发现ESR信号强度与磁场强度和微波频率均存在一定的关系。

一般来说，磁场强度越大，ESR信号强度越强；而当微波频率接近或等于某一定值时，ESR信号强度达到最大值。

这个值即为共振频率。

五、数据分析与结论通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：1.ESR信号强度与磁场强度成正比关系，说明电子自旋在磁场中的行为受到磁场强度的影响；2.当微波频率等于或接近某一定值时，ESR信号强度达到最大值，说明该微波频率与样品中未成对电子的磁矩产生共振。

光信息专业实验报告：电子自旋共振一、实验目的：1、了解电子自旋共振现象及物理原理。

2、学习用射频或微波频段检测电子自旋共振的技术方法。

3、测量DPPH 中电子的朗德g 因子。

二、实验原理：电子自旋共振是探测物质中未耦电子以及它们与周围原子相互作用的非常重要的方法，具有很高的灵敏度和分辨率，并且具有在测量过程中不破坏样品结构的优点．目前它在化学、物理、生物和医学等各方面都获得了广泛的应用．本实验的目的是在了解电子自旋共振原理的基础上，学习用射频或微波频段检测电子自旋共振信号的方法，并测定DPPH 中电子的g 因子和共振线宽．原子的的磁性来源于原子磁距．由于原子核的磁矩很小，可以略去不计，所以原子的磁距由原子中各电子的轨道磁矩和自旋磁矩所决定．在本单元的基础知识中已经谈到，原子的总磁矩J μ与J P ，总角动量之间满足以下关系：JJ BJ P P gγμμ=-=(1)式中B μ为玻尔磁子， 为约化普朗克常量．由上式得知回磁比：Bgμγ-= (2)按照量子理论，电子的L －S 耦合结果，朗德因子)1(2)1()1()1(1++-++++=J J L L S S J J g (3)由此可见，若原子的磁矩完全由电子自旋磁矩贡献（L ＝0，J ＝S ），则g=2．反之，若磁距完全由电子的轨道磁矩所贡献（S ＝0，J ＝L)，则g ＝1．若自旋和轨道磁矩两者都有贡献，则g 的值介乎1和2之间．因此，精确测定g 的数值便可判断电子运动的影响，从而有助于了解原子的结构．当原子磁矩不为零的顺磁物质置于恒定外磁场0B 中时，其相互作用能也是不连续的，其相应的能量为000B mg B m B E B j μγμ-=-=-= （4） 不同磁量子数m 所对应的状态上的电子具有不同的能量。

各磁能及是等距分裂的，两相邻磁能级之间的能量差为00ωμ==∆B g E B (5)如果垂直于外磁场B 0 的方向上施加一幅值很小的交变磁场2 B 1 ωt ，当交变磁场的角频率ω满足共振条件00ωμω==B g h B (6)时，则原子在相邻磁能级之间发生共振跃迁．这种现象称为电子自旋共振，又叫顺磁共振．在顺磁物质中，由于电子受到原子外部电荷的作用，使电子轨道平面发生旋进，电子的轨道角动量量子数L 的平均值为0．当作一级近似时，可以认为电子轨道角动量近似为零，因此顺磁物质中的磁矩主要是电子自旋磁矩的贡献．本实验的样品为DPPH （Di-Phehcryl Picryl Hydrazal ）,化学名称是二苯基苦氨酸联氨，其分子结构式为(C 6H 5)2N-NC 6H 2?(NO 2)2，如图1所示．它的第二个氨原子上存在一个未成对的电子，构成有机自由基，实验观测的就是这类电子的磁共振观象．图1 DPPH 分子结构式实际上样品是一个含有大量不成对的电子自旋所组成的系统，它们在磁场中只分裂为二个塞曼能级．在热平衡时，分布于各塞曼能级上的粒子数服从波耳兹曼分布，即低能级上的粒子数总比高能级的多一些．因此，即使粒子数因感应辐射由高能级跃迁到低能级的概率和粒子因感应吸收由低能级跃迁到高能级的概率相等，但由于低能级的粒子数比高能级的多，也是感应吸收占优势．从而为观测样品的磁共振吸收信号提供可能性．随着高低能级上粒子差数的减少，以致趋于零，则看不到共振观象．即所谓饱和．但实际上共振现象仍可继续发生，这是弛豫过程在起作用．弛豫过程使整个系统有恢复到波耳磁曼分布的趋势．两种作用的综合效应，使自旋系统达到动态平衡，电子自旋共振现象就能维持下去．电子自旋共振也有两种弛豫过程．一是电子自旋与晶格交换能量，使得处于高能级的粒子把一部分能量传给晶格，从而返回低能级，这种作用称为自旋?晶格弛豫．由自旋?晶格弛豫时间用T 1表征．二是自旋粒子相互之间交换能量，便它们的旋进相位趋于随机分布，这种作用称自旋?自旋弛豫．]自旋?自旋弛豫时间用T 2表征．这个效应使共振谱线展宽，T 2与谱线的半高宽Δω有如下关系：22T =∆ω （7）故测定线宽后便可估算T 2的大小．观察ESR 所用的交变磁场的频率由恒定磁场B 0的大小决定，因此可在射频段或微波段进行ESR 实验.三、实验仪器FD-ESR-C 型微波电子自旋共振实验装置主要由四部分组成：磁铁系统、微波系统、实验主机系统。

电子自旋共振实验报告电子自旋共振（ESR）是一种用来研究物质中未成对电子的技术。

通过应用微波辐射，可以观察到电子在外加磁场下的共振吸收现象。

本实验旨在通过对苯基自由基的ESR谱测定，探究其电子自旋共振的基本原理和实验方法。

实验仪器与设备。

本次实验所用的仪器设备包括X波段微波频率计、磁场调节器、样品转台、示波器等。

其中，X波段微波频率计用于测定微波的频率，磁场调节器用于调节外加磁场的大小，样品转台用于调整样品的方向，示波器用于观察共振信号。

实验步骤。

1. 将苯基自由基溶解在溶剂中，得到样品液。

2. 将样品液倒入ESR玻璃管中，通过真空抽取将氧气和杂质排除。

3. 将ESR玻璃管放置在样品转台上，调整磁场方向。

4. 通过微波频率计测定微波的频率，并调节磁场大小，使得共振信号出现在示波器上。

5. 记录微波频率和磁场大小，绘制电子自旋共振谱图。

实验结果与分析。

通过实验测得苯基自由基的电子自旋共振谱图如下：（插入电子自旋共振谱图）。

从图中可以看出，在一定的磁场下，苯基自由基吸收微波的频率呈现出共振现象。

通过对谱线的测定和分析，可以得到苯基自由基的g因子和超精细耦合常数，从而进一步了解其电子结构和分子结构。

结论与讨论。

本实验通过电子自旋共振技朋，成功测定了苯基自由基的ESR谱图，并得到了相关的参数。

通过对实验结果的分析，可以进一步探究苯基自由基的电子结构和分子结构。

同时，本实验还验证了电子自旋共振技术在研究未成对电子体系中的重要应用价值。

总结。

电子自旋共振是一种重要的实验技术，可以用来研究物质中未成对电子的性质。

本次实验通过对苯基自由基的ESR谱测定，展示了电子自旋共振技术的基本原理和实验方法。

通过对实验结果的分析，可以进一步了解样品的电子结构和分子结构，为相关领域的研究提供重要参考。

参考文献：1. Harris, D.C. (2010). Quantitative Chemical Analysis (8th ed.). New York: W.H. Freeman and Company.2. Weil, J.A., & Bolton, J.R. (2007). Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications (2nd ed.). New York: Wiley-Interscience.以上为本次电子自旋共振实验的报告内容，希望能对相关研究工作提供一定的参考价值。

微波段电子自旋共振实验报告尽管已有许多相关实验报告，但是微波段电子自旋共振仍然是一个备受关注的研究领域。

本文将对微波段电子自旋共振的发展、原理及实验过程进行介绍，并且结合自己的实验结果进行讨论。

自20世纪50年代以来，微波段电子自旋共振已经成为了一种非常重要的实验手段。

这项技术因其能够对样品中的电子自旋进行研究而备受关注。

微波段自旋共振技术的原理是在一个恒定的磁场下，通过激发电子自旋共振，测量其信号并获得有关样品的信息。

自旋共振技术的主要优点就是非常灵敏，且对样品的结构和性质影响较小，因此在许多领域都有广泛的应用。

自旋共振技术在生物、化学、物理和材料科学等领域都有很多应用，例如分析分子的电子结构、研究材料的磁性质等。

微波段电子自旋共振技术的原理是通过恒定磁场下，微波的作用使得电子自旋产生共振。

这个共振条件基于以下的方程：h vf = g βB其中，h是普朗克恒量，v是微波的频率，f是微波的频率，g是自旋因子，β是玻尔磁子，B是磁场的强度。

这个方程的含义是，只有在微波的频率与自旋强的Larmor频率相等时，片子才会被激发并发生共振。

我们在实验中选用的是X带波长，手动控制，500MHz的电子自旋共振实验仪。

实验的样品为硫酸铜晶体，样品的数量约为2克，形态为粉末状。

首先，我们使用电路测试仪校定了实验仪的频率响应和信号强度，调节了相应的参数。

接着，我们将样品加入到样品区域中并且应用外加磁场。

我们通过电磁铁控制了磁场的大小和方向，使其与样品中的晶体结构相匹配。

然后，我们开始测量样品的自旋共振信号。

我们测量了不同磁场强度下的自旋共振信号，得到了带宽、共振场和线宽等参数。

最终，我们将实验结果汇总，得到样品中电子自旋的一些基本特性。

四、实验结果的讨论我们的实验结果表明，硫酸铜晶体中的电子自旋共振信号具有强的带宽和共振场信号，但是线宽比较宽，这表明样品中的自旋共振信号比较弱，但仍然可以通过微波来激发自旋共振。

我们还发现，磁场的大小和方向对许多参数都有很大的影响。

利用电子自旋共振谱仪测量物质性质的教程在现代科学研究中，电子自旋共振谱仪是一种常用的实验仪器，可以帮助科学家们研究物质的性质。

本文将为您介绍如何利用电子自旋共振谱仪进行物质性质的测量。

一、仪器简介电子自旋共振谱仪是一种通过电子自旋共振现象来研究物质性质的仪器。

它主要由磁体、微波源、探测器等组成。

其中磁体用于产生强磁场，微波源用于产生特定频率的微波信号，而探测器则用于测量物质对微波信号的吸收情况。

二、实验准备在进行实验之前，首先需要对电子自旋共振谱仪进行正确的调试和校准。

确保磁场的稳定性以及微波信号的强度和频率的准确性。

同时，还需要准备样品，在实验过程中，样品的纯度和含量的准确性对测量结果有重要影响。

三、实验步骤1. 样品的制备根据实际需要，选择适当的方法来制备样品。

例如，如果研究的是液体样品，可以将其溶解在适当的溶剂中，并将溶液倒入样品管中。

如果研究的是固体样品，可以将其质量粉碎并均匀分布在样品管中。

2. 设置实验参数根据实验需要，设置磁场强度、微波频率等实验参数。

这些参数的选择需要基于对样品性质的了解和实验目的的要求。

3. 开始实验将样品管放入电子自旋共振谱仪中，并确保其位置的准确性。

启动仪器，开始记录数据。

在实验过程中，可以逐渐改变实验参数，观察测量结果的变化。

4. 数据处理完成实验后，需要对测得的数据进行处理和分析。

可以利用专门的软件来进行谱线拟合、参数解析等步骤。

通过对数据的处理，可以获得物质性质的相关信息，如电子自旋弛豫时间、自旋-自旋相互作用等。

四、注意事项1. 在操作电子自旋共振谱仪时，必须佩戴适当的防护设备，以确保实验人员的安全。

2. 实验过程中要保持实验环境的稳定性，避免温度、湿度等因素的干扰。

3. 样品的处理和测量要小心谨慎，避免对样品的污染和损坏。

4. 在进行数据处理时，要使用准确可靠的方法和软件工具，以确保数据处理结果的可靠性和准确性。

五、实验应用利用电子自旋共振谱仪可以研究不同样品的性质，包括化学成分、结构、动力学等方面。

.微波段电子自旋共振实验电子自旋共振（ESR ）谱仪是根据电子自旋磁矩在磁场中的运动与外部高频电磁场相互作用，对电磁波共振吸收的原理而设计的。

因为电子本身运动受物质微观结构的影响，所以电子自旋共振成为观察物质结构及其运动状态的一种手段。

又因为电子自旋共振谱仪具有极高的灵敏度，并且观测时对样品没有破坏作用，所以电子自旋共振谱仪被广泛应用于物理、化学、生物和医学生命领域。

一. 实验目的1. 本实验的目的是在了解电子自旋共振原理的基础上，学习用微波频段检测电子自旋共振信号的方法。

2. 通过有机自由基DPPH 的g 值和EPR 谱线共振线宽并测出DPPH 的共振频率，算出共振磁场，与特斯拉计测量的磁场对比。

3. 了解、掌握微波仪器和器件的应用。

4. 学习利用锁相放大器进行小信号测量的方法。

二. 实验原理具有未成对电子的物质置于静磁场B 中，由于电子的自旋磁矩与外部磁场相互作用，导致电子的基态发生塞曼能级分裂，当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于塞曼分裂所需要的能量，即满足共振条件B ⋅=γω，此时未成对电子发生能级跃迁。

Bloch 根据经典理论力学和部分量子力学的概念推导出Bloch 方程。

Feynman 、Vernon 、Hellwarth 在推导二能级原子系统与电磁场作用时，从基本的薛定谔方程出发得到与Bloch 方程完全相同的结果，从而得出Bloch 方程适用于一切能级跃迁的理论，这种理论被称之为FVH 表象。

原子核具有磁矩： L⋅=γμ； （1） γ称为回旋比，是一个参数；L 表示自旋的角动量；原子核在磁场中受到力矩： B M ⋅=μ； （2）根据力学原理M dtL d =，可以得到： B dtd ⨯⋅=μγμ； （3） 考虑到弛豫作用其分量式为： ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=--=--=122)()()(T B B dt d T B B dtd T B B dt d z x y y x z y z x x z y x y z z y x μμμγμμμμγμμμμγμ （4） 其稳态解为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅⋅⋅+⋅-⋅+⋅⋅=''⋅⋅⋅+⋅-⋅+-⋅⋅⋅='21212222011212122220021)(1)(1)(T T B T B T B T T B T B B T B Z Z Z γωγγχγωγωγγχ （5）如图1所示：实验中，通过示波器可以观察到共振信号，李萨如图形及色散图，又因为共振信号发生的条件为B ⋅=γω，所以知道磁场及共振频率，就可以求出旋磁比，进而由：em e g 2⋅-=γ （6） 可以求出朗德g 因子。

电子自旋共振实验简易操作方法
潘志方;邓清
【期刊名称】《实验科学与技术》
【年(卷),期】2007(005)004
【摘要】电子自旋共振是近代物理学中的一个重要发现,该物理现象目前已广泛应用于化学、生物、医学等领域.文章从实验原理、实验装置和实验步骤等方面详细介绍了一种较简易的电子自旋共振实验方法.
【总页数】2页(P14-15)
【作者】潘志方;邓清
【作者单位】肇庆学院物理系,广东肇庆,526061;高要市白土第一中学,广东高要,526060
【正文语种】中文
【中图分类】O57;G424.31
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电子自旋共振【实验目的】1、了解电子自旋共振理论。

2、掌握电子自旋共振的实验方法。

3、测定DPPH 自由基中电子的g 因子和共振线宽。

【实验原理】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+=S S p S其中S 是电子自旋量子数，2/1=S 。

电子的自旋角动量S p 与自旋磁矩S μ 间的关系为()⎪⎩⎪⎨⎧+=-=12S S g p m e g B SSe Sμμμ其中：e m 为电子质量；eB m e 2=μ，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++++-++=J J S S L L J J g （7-2-3）设g m ee2=γ为电子的旋磁比，S S p γμ=。

电子自旋磁矩在恒定外磁场B 0（z 轴方向）的作用下，会发生进动，进动角频率 00B γω= 由于电子的自旋角动量S p 的空间取向是量子化的，在z 方向上只能取 m p z S = （S S S S m -+--=,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 0的相互作用能为00021B B B E z S S γμμ±==⋅=相邻塞曼能级间的能量差为000B g B E B μγω===∆显然，如果在垂直于B 0平面内施加一个角频率等于ω0的旋转磁场B 1，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。

B 1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。

【实验方法 —— 微波段的电子自旋共振】1、实验装置及原理本实验采用的微波段电子自旋共振实验装置如图7-2-6所示，由永磁铁、X 波段（8.5~10.7GHz ）3㎝ 固态微波源、3㎝ 微波波导元件、样品谐振腔、微波电子自旋共振仪和示波器等六分组成。