Instytut Fizyki

KontaktGrudziądzka 5, 87-100 Toruń
tel.: +48 56 611 3310
e-mail: ifiz@fizyka.umk.pl

Ćwiczenie 21

Elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR)

Celem zadania jest zapoznanie się z możliwościami identyfikacji, oraz badań oddziaływań centrów paramagnetycznych w układach makroskopowych dzięki obserwacji zjawiska elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Wykonując zadanie zapoznajemy się również z podstawami techniki mikrofalowej.

Zagadnienia

  1. Rezonans magnetyczny w ujęciu klasycznym (moment magnetyczny w stałym i zmiennym polu magnetycznym):
    1. Omówić zachowanie się momentu magnetycznego w stałym polu magnetycznym. Wyprowadzić wyrażenie na częstość Larmora.
    2. Omówić zjawisko rezonansu magnetycznego w przybliżeniu oddziaływania z wirującym polem magnetycznym.
  2. Moment magnetyczny cząstek, atomów i drobin:
    1. Atom w polu magnetycznym. Efekt Zeemana (słabe i silne pola magnetyczne), nadsubtelne rozszczepienie poziomów energetycznych.
    2. Zjawisko rezonansu magnetycznego w ujęciu kwantowym (omówić zjawisko rezonansu w obrazie obsadzeniowym)
    3. Warunki obserwacji rozszczepienia nadsubtelnego metodami EPR (reguły wyboru dla przejść, rola oddziaływań wymiennych).
  3. Równania ewolucji magnetyzacji (równania Blocha):
    1. Interpretacja czasów relaksacji T1 i T2.
    2. Omówić stacjonarne rozwiązania równań Blocha.
  4. Kształt linii a oddziaływanie wewnątrz paramagnetyka.
  5. Metody obserwacji EPR:
    1. Omówić ogólnie spektrometry mikrofalowe EPR (spektrometry z rezonansową i odbiciową wnęką rezonansową).
    2. Jakie są optymalne warunki pracy detektora mikrofal (diody krystalicznej) podczas pomiarów sygnału EPR w spektrometrach mikrofalowych.
    3. Na czym polega detekcja fazoczuła słabych sygnałów?

Literatura

  1. Aleksandr M. Prokhorov, Quantum Electronics, Wykład Noblowski, 11. grudnia 1964.
  2. Elektronowy rezonans paramagnetyczny. In: Jan Stankowski, Andrzej Graja, Wstęp do elektroniki kwantowej, WKiŁ Warszawa 1972. s. 167-228.
  3. Ryszard Łappa, “Zamrażanie” momentów orbitalnych jonów I. grupy przejściowej pod wpływem pola krystalicznego, Postępy Fizyki, 16, 295 (1965).
  4. J. Stankowski, Elektronowy rezonans paramagnetyczny – ERP, Postępy Fizyki, 16, 325 (1965).
  5. Andrzej Więckowski, Szerokość linii rezonansowej. In: Radiospektroskopia ciała stałego, Red. Jan Stankowski, PWN Warszawa 1975. s. 69-75.
  6. Robert G. Marcley, Apparatus Drawings Project. Report Number 19. Apparatus for Electron Paramagnetic Resonance at Low Fields, Am. J. Phys. 29, 492 (1961).
  7. Opis stanowiska i instrukcja wykonania ćwiczenia.