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1、微波顺磁和铁磁共振摘要该实验系统是在三厘米微波频段做磁共振实验。顺磁微波实验用反射法，利用微波器件魔T 来平衡微波源的噪声，有较高的灵敏度并用扫场法实现共振信号。铁磁实验系统采用与顺磁共振相似的扫场法进行微波铁磁材料的共振实验。关键字顺磁共振电子自旋铁磁共振扫场法引言顺磁共振 (Electron Paramagnetic Resonance或简称为 EPR)又称为电子自旋共振（Electron spin Resonance或简称为 ESR，这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象，其概念首先由Pauli
2、于 1924 年提出的，第二年S.A.Goudsmit 与 G.Uhlenbeek 利用这一概念成功解释了碱金属光谱中的精细结构。但一直到1944 年，苏联喀山大学的扎沃伊斯基（E.K.Babouckuu ）才在实验中成功观察到了顺磁盐在射频场中的电子自旋共振现象。两年后，哈佛大学的 Pould 和斯坦福大学的Bloch 同时独立成功设计了观测核自旋共振技术实验方法，随后这一技术得到迅速发展，被广泛应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，但并不破坏样品结构，对化学反应无干扰等优点，对研究材料的各种反应过
3、程中的结构和演变，以及材料的性能具有重要的意义。铁磁共振是指铁磁物质在稳恒磁场和微波磁场共同作用下发生的磁共振现象。对铁磁共振谱线及旋磁性的研究，又对发明研制广泛应用于雷达、导航和通信等微波设备的铁氧体微波线的性器件具有重要的意义，极大的推动了微波技术的发展。1 原理自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为E = hB0 （1）其中： 为旋磁比， h 为约化普朗可常数，B0 为稳恒外磁场。如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为h（ 2）其中：
4、为交变电磁场的频率。当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：h = h B0（3）2 = B0（4）低能极上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。2 微波顺磁共振21 微波波长和谐振腔的调整 （1）将可变衰减器调到最大。打开三厘米固态波信号源的电源，“工作状态”置“连续”档。预热20分钟。（2）将谐振腔活塞调到最大，即腔长调到最长；样品位置调到90mm 。（3）调整可变衰减器为0。（4）调整微波频率，方法如下：参考“频率测微器刻度对照表”上的数值，仔细调整频率测微器（垂直方向的测微器），并用波长计测量微波频率，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。（表
5、一）（5）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。2.2 ESR 信号的观测（1）将励磁电源电流调到0，打开励磁电源，打开扫场电源。调整示波器为XY 工作方式，两通道都置“AC ”档， X 灵敏度置10mV/DIV ，Y 灵敏度置1V/DIV ，开示波器。（2）在 1.5 2.1A 范围内在仔细调整励磁电流，使示波器显示共振峰，调整调配器，使共振峰如图（ 1）所示。（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。（表一）（4）用特斯拉计测量磁场。（表一）（5）重复上面测量（表一）表一图（ 1）共振吸收峰次数123I/A
6、1.9721.9832.013f/MHz9376.09389.29405.6T/mT3343353332.3 数据处理计算 g 因子g=hv/g1=6.62E-34*9.38E+06/(5.79E-27*3.34E-01)= 3.21 g2=6.62E-34*9.39E+06/(5.79E-27*3.35E-01)= 3.21g3=6.62E-34*9.41E+06/(5.79E-27*3.33E-01)= 3.23g=(g1+g2+g3)/3=3.223 铁磁共振3.1 测微波频率（）打开微波电源，将磁共振实验仪打在“检波”位置。调节衰减器，使微安表有所指示。（2 ）旋转波长表的螺旋测微器，
7、微安表电流指示逐渐减小，当电流达最小值时，读取螺旋测微器刻度值，对照刻度值与频率的关系对照表，得微波频率值。（表二）（）旋转波长表的螺旋测微器，使微安表回到原来的指示。（4 ）将励磁电源电流调到0，打开励磁电源，打开扫场电源。调整示波器为XY 工作方式，两通道都置“ AC ”档， X 灵敏度置10mV/DIV ，Y 灵敏度置1V/DIV ，开示波器。（5 ）仔细调整励磁电流，使示波器显示共振峰，调整调配器，使共振峰。记录电流。（表二）（6 ）用特斯拉计测量磁场。（表二）（）重复上面测量（表二）次数123I/A2.0452.1122.011f/MHz9130.59000.69170.5T/mT3283213403.2 数据处理计算 g 因子g=hv/g1=6.62E-34*9.13E+06/(5.79E-27*3.28E-01)= 3.18g2=6.62E-34*9.00E+06/(5.79E-27*3.21E-01)= 3.21g3=6.62E-34*9.17E+06/(5.79E-27*3.40E-01)= 3.08g=(g1+g2+g3)/3= 3.16参考文献1 浙江师范大学实验预习手册 2006 版2 原子物理学褚圣麟北京：高等教育出版社1979.6
