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1、设计性实验论文电子自旋共振与铁磁共振物理 2A 何文舒 20112301134摘要：电子自旋共振，是属于自旋 1/2 粒子的电子 在静磁场下的磁共振现象，类似静磁场下自旋 1/2 原子核有核磁共振之现象，又因利用到电子的顺磁性，故称电子顺磁共振，在多个领域有着较广泛的应用。本实验将探究在电子自旋共振实验中影响共振信号的因素，并如何使共振信号调节至最优。而由电子自旋共振实验引申的铁磁共振实验，本次实验将会测量单晶和多晶样品的共振信号。关键字：电子自选共振、铁磁共振、共振信号、单晶多晶正文：一、问题的提出电子自旋共振原理：将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场 B0 中，如果在垂直于外磁场 B0 的
2、方向上施加一幅值很小的交变磁场 2B1cost，当交变磁场的角频率 满足共振条件 =E=B0 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。铁磁共振原理：磁性材料中的电子自旋磁矩系统在互相垂直施加的直流磁场 H0 和角频率为 的微波交变磁场 h=h0e 同时作用下，但H_0gtgth_0 ，当 =H0 时，该磁矩系统将从交变磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振。进展：根据实验要求和注意细节，调节微波段电子自旋共振得出了共振图像，然后根据与电子自旋共振的实验方法，调节出铁磁共振实验的共振图像。主要实验内容：电子自旋共振和铁磁共振信号的调节。二、思路、技术方案与流
3、程思路：自旋共振试验中，影响共振信号的因素主要有共振频率、桥路平衡以及样品在磁场中的位置。因此，反复调节这几项参数直到得到最标准最清晰的电子自旋共振信号，并以此类推出铁磁共振信号的调节方法。技术方案与流程：1、电子自旋共振实验（1） 将实验仪器开机预热 20 分钟，使之进入工作状态；（2） 将 ESR 实验仪器调至检波状态，调节微波桥路使之处于不平衡状态，调节微波源刻度，并用波长计测出微波谐振频率（检波器电流值的跌落点）并记录，将波长计移开共振刻度，继续实验；（3） 使晶体检波器输出最灵敏，微调谐振腔的长度使谐振腔处于谐振状态，再调节魔 T 第 4 臂中的单螺调配器使桥路平衡，此时，示波器显示
4、的电平信号最小，反复调节使 ESR 实验仪达到最佳工作状态。（4） 加上适当扫场，缓慢改变励磁电流，搜索 ESR 信号。当磁场满足共振条件时，在示波器可看到 ESR 信号。（5） 反复细调谐振腔长度、样品位置以及单螺调配器等相关部件，以得到最好的 ESR 信号（使得 ESR 信号幅值最大和形状对称） 。2、铁磁共振实验（1） 将实验仪开机预热 20 分钟，使之进入工作状态；（2） 将仪器调至检波状态，调节微波源刻度，并用波长计测出微波频率，若频率与谐振腔频率不一致，则继续调节微波源直至得到谐振频率。（3） 测单晶样品时，加上适当扫场，缓慢改变励磁电流，搜索共振信号（励磁电流一般为 1.7A-2
5、.0A） ，微调样品位置以得到最好的共振信号；（4） 测量多晶样品时，记录检波电流与励磁电流数据关系，描绘 B-I 曲线图以得到共振曲线。三、结果与讨论1、电子自旋共振实验讨论：实验中，为了得到清晰标准的共振信号，反复调节了单螺调配器、谐振腔长度、微波频率和样品位置，发现一般情况下，样品位置对信号结果影响最大，也是实验中最难控制的一部分。3、铁磁共振实验（1）单晶样品共振信号（2）多晶样品励磁电流与检波电流数据表曲线图：讨论：在铁磁共振实验中，为了调节出理想的共振信号，主要靠移动样品的位置。但因为样品精确位置不好把握，所以最后得到的共振信号不是完全对称，可能受微波源的频率影响所致。四、结论与展
6、望结论：在电子自旋共振实验和铁磁共振实验中，调节都需要很耐心和精确，平衡各项参数，直到得到一个相对准确又清晰的共振信号。另外，多晶样品由于共振信号长度太大，只能通过磁场大小与检波器电流关系得出。展望：电子自旋共振和铁磁共振的测量方法精确灵敏且对样品无损坏，并且在现实生活中得到广泛应用。所以，学习并掌握好如何调节最优共振信号后，能减少实验测量中的许多误差，得到更精确的结果。五、参考文献1潘志芳，邓清：电子自旋共振实验简易操作方法。 实验科学与技术 ，2007.4.2吴泳华，康士秀，赵乌兰：电子自旋共振实验。 中国科学技术大学学报 ，1981.4.3侯碧辉，李志伟，陈裕涛：铁磁共振实验中值得注意的几个问题。 波谱学杂志 ，2002.24熊俊：近代物理实验 ，北京师范大学出版社，2007.5赵保路：电子自旋共振技术在生物和医学中的应用。 波谱学杂志 2010.1.励磁电流I 1（A） 1.700 1.740 1.828 1.870 1.898 检波I 2（uA） 54 52 50 48 46励磁电流I 1（A） 1.940 2.008 2.039 2.076 2.414检波I 2（uA） 44 46 48 50 54
