1. Оборудование
1.1. Электронный парамагнитный резонатор (ЭПР) с полевыми катушками
1.2. Блок питания ЭПР
1.3. Управляющий блок ЭПР
1.4. Двухканальный осциллограф на 30 МГц
1.5. Цифровой мультиметр
1.6. Кабель длиной 750 мм
1.7. Адаптер
1.8. Соединительные провода
2. Краткая теория
2.1. У атомов, помешенных в магнитное поле, происходит расщепление их энергетических уровней па несколько подуровней. Спонтанные переходы с нижних подуровней одного и того же уровня на верхние невозможны. Однако такие переходы могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Необходимым условием этого является совпадение частоты электромагнитного поля с частотой фотона, соответствующего разности энергий между расщепленными подуровнями. При этом можно наблюдать явление поглощения энергии электромагнитного поля, которое называют магнитным резонансом.
2.2. В зависимости от типа частиц - носителей магнитного момента - различают электронный парамагнитный (спиновый) резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
2.3. Под электронным парамагнитным резонансом понимают резонансное поглощение электромагнитной энергии веществами, содержащими парамагнитные частицы.
2.4. Под парамагнитными частицами понимаются:
2.4.1. 1) атомы и молекулы с нечётным числом электронов (например, атомы азота, водорода, молекулы N0); 2) свободные радикалы химических соединений с неспаренными электронами (например, СН3); 3) ионы с частично заполненными внутренними оболочками (например, ионы переходных элементов); 4) центры окраски в кристаллах; 5) электроны проводимости в металлах и полупроводниках
2.5. В постоянном магнитном поле В уровни энергии парамагнитной частицы, например, атома со спином S и магнитным моментом μ, расщепляются на 2ls+1 подуровня, различающихся по энергии на величину 2μB
2.6. В простейшем случае свободного электрона, магнитный момент равен μ=gs*μB*ms
2.7. В поле В энергия Е электрона может принимать два значения. Переходы между магнитными уровнями возможны, когда квант электромагнитной энергии равен разности энергий между ними
2.8. Переход электронов с одного подуровня на другой происходит с одновременным изменением направления спина
2.9. При переходе с нижнего уровня на верхний энергия поглощается, а при обратном переходе излучается. Вероятность этих процессов одинакова, но так как в условиях термодинамического равновесия, согласно распределению Больцмана населенность нижнего уровня N1 больше, чем верхнего N2 , то энергия поглощается.
2.10. Если каким либо образом создать инверсию населенностей, то под действием электромагнитного поля система будет излучать энергию.
3. Выполнение работы
3.1. Определение g- фактора Ланде с помощью вольтметра.
3.1.1. Соберите установку
3.1.2. Сбалансируйте мост
3.1.3. Подайте на резонатор внешнее постоянное поле смещения
3.1.4. Проделайте задание пять раз
3.1.5. Вычислите средние значения и погрешность среднего
3.2. Определение g- фактора Ланде с помощью осциллографа
3.2.1. • Сбалансируйте мост (п. 2). На блоке ЭПР нажмите кнопку «~» • Переключатель переменного напряжения БП должен быть установлен на 2 В, ручка "V" в крайнем левом положении. • На осциллографе, выберите XY-режим. • Выберите режим "GND" для "X" -канала и "d.c" режим для "Y" канала. Чувствительность сигнала для обоих каналов — 1 В/см (чуствительность можно увеличить для лучшей видимости кривой). • Вы должны увидеть одну точку на экране осциллографа. С помощью ручек "Position ", поместите точку точно в начало системы координат; • Выберите "d.c." режим для "X" –канала. Вы должны увидеть горизонтальную линию на экране осциллографа. • Увеличьте напряжение ручкой «V» до тех пор, пока сигнал ЭПР не появится на экране осциллографа в виде колоколообразной кривой. • При раздвоении линии их нужно совместить вращением ручки "Phase" блоке ЭПР; • Изменяя постоянное напряжение на БП, добейтесь чтобы минимум кривой встал точно на ось Y осциллографа.• Теперь ток, отображаемый на экране цифрового мультиметра, есть резонансный ток • Вычислите фактор Ланде по формуле (12). • Проделайте задание 5 раз. • Вычислите среднее значение и погрешность среднего. • Сравните результаты, полученные в задании 1 и 2.