材料物理实验方法电子顺磁共振4详解.ppt

材料物理实验方法 ——电子顺磁共振波谱EPR/ESR概论 陈 家 富 jfchen@ 合肥微尺度物质科学国家实验室（筹） 2014年4月 相关参考书目： 1、John A. Weil and James R. Bolton，Electron Paramagnetic Resonance—Elementary Theory and Practical Applications , 2nd Edition, John-Wiley, 2007 2、N.M. Atherton, Principles of electron spin resonance, Ellis Horwood, 1993 3、Marina Brustolon and Elio Giamello, Electron Paramagnetic Resonance: A Practitioners Toolkit，John-Wiley, 2009 …… 相关网站： 本课程主要内容： 一、?电子顺磁共振的基本原理 二、?电子顺磁共振的研究对象 三、?电子顺磁共振波谱 四、?电子顺磁共振波谱仪 五、 EPR/ESR应用实例 Joseph John Thomson （英国）The Nobel Prize in Physics 1906 In 1891, the Irish physicist, George Stoney, believed that electricity should have a fundamental unit. He called this unit the electron. The electron was discovered by J.J. Thomson in 1897. The electron was the first sub-atomic particle ever found. It was also the first fundamental particle discovered. The concept of electron spin was discovered by S.A. Goudsmit and George Uhlenbeck in 1925. The electron has three basic properties: electric charge, mass and spin. Twinkle twinkle little Spin Are you single or are you twin? Are you real or are you false? How I crave your resonant pulse —— JOHN A. WEIL 物质的磁性 EPR—基本原理 物质 自旋磁矩 轨道磁矩 电子磁矩 + 电子运动 轨道运动和自旋运动 轨道角动量 自旋角动量 (原子核及核外电子) 原子 （本征磁矩） EPR—基本原理 若轨道中所有的电子都已成对，则它们 的自旋磁矩就完全抵消，导致分子无顺磁性。 若至少有一个电子未成对，其自旋就会产生自旋磁矩。 因此， EPR研究的对象必须具有未成对电子。 EPR—基本原理 H =0时, 自旋磁矩的方向是随机的, 并处于同一个平均能态。 H≠0时，自旋磁矩就有规则地排列起来（平行外磁场—对 应能级的能量较低，或反平行于外磁场—对应能级 的能量较高）。 回答了哪些物质是顺磁性的! 若物质分子（原子、离子）中存在未成对电子，其自旋产生磁矩，亦称永久磁矩。通常情况下，该分子磁矩的方向是随机的，不呈现顺磁性。 当其处于外加磁场中，分子的永久磁矩 随外磁场取向，产生与外磁场同向的内磁场，这就是物质顺磁性的来源。 EPR—基本原理 EPR—基本原理 宏观物质的磁性是由构成原子的电子、质子、中子所携带的内禀自旋所导致的。 电子：电子轨道磁矩，电子自旋磁矩 (本征磁矩) 原子核的磁性：质子，中子(无轨道磁矩)。 斯特恩 Otto Stem发现质子磁矩，1943年获Nobel物理奖。 EPR—基本原理 构成原子的电子、质子、中子都是携带有内禀自旋磁矩，所以宏观物质都毫无一例外的是磁性物质。 共线的物质的磁性有： 抗磁性 顺磁性 铁磁性 反铁磁性 亚铁磁性 EPR—基本原理 物质的磁性是物质的宏观物性，它是分子内部微观结构的总体反映。 参考书《凝聚态磁性物理》 抗磁性 顺磁性 铁磁性 反铁磁性 亚铁磁性 c : 磁化率 TC :