铁磁共振实验.doc

简介铁磁共振实验是了解铁原子中电子的磁共振现象。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ΔE=γhB0(1)其中:γ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hν(2)其中:ν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:hν=γhB0(3)2πν=γB0(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。实验设备a)样品为铁氧体,提供实验用的铁原子。b)电磁铁,提供外磁场,使铁原子能级分裂。c)微波,提供能量,使低能级电子跃迁到高能级。d)波导,单方向传导微波,使其通过样品。e)波长表,测量微波的波长。f)谐振腔,其谐振频率与微波的频率相等,进入的微波与其谐振,样品即放在波峰处,该处的微波磁场与外磁场垂直。g)固体微波信号源,产生9GHZ左右的的微波信号。h)隔离器,使微波只能单方向传播。i)衰减器,控制微波能量的大小。j)输出端,含有微波检波二极管,其输出电流与输入的微波功率成正比。k)直流磁场电压源,给电磁铁提供励磁电流,改变输出电压的大小即可改变磁场的大小。l)微安表,指示检波电流的大小。m)微波电源,为固体微波信号源提供电源。实验原理铁磁共振实际上是铁原子的电子自旋顺磁共振,电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍。所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量大的多,因此我们用微波(约9GHZ)来提供电子跃迁所需的能量。在实验中微波的频率ν是固定的,其提供的能量hν也是固定的。为使铁原子中电子能级间的能量差能等于该值,我们改变直流磁场的电压值,使外磁场磁感应强度B变化,因而使电子能级间的能量差γhB随之改变,使其扫过微波能量值hν,使等式hν=γhBr成立,产生铁磁共振。Br为谐振点处的磁感应强度值。实验步骤::打开微波电源,调节衰减器,使微安表有50μA的指示。旋转波长表的螺旋测微器,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。测量次数1234刻度值(mm)::ν=9006MHz旋转波长表的螺旋测微器,使微安表回到约50μA的指示。—B曲线:旋开谐振腔上的样品盒旋钮,小心放入样品。将波导有样品的部分放入永磁铁的中心部分。将实验仪的磁场输出端接入永磁铁,逐渐加大励磁电流,记取励磁电流值I(A),同时读微安表的读数I(μA),根据转换表将励磁电流值(A)转换为磁感应强度值B,作I-B曲线。(表格附后)据曲线求半高宽ΔB,谐振点磁感应强度Br(对应I(μA)最小值),和g因子。ΔB=312-278=34mTBr=300mTg=2πνh/BrμB=2**9006*106**10-22/300*10-3**10-11=[附]实验数据表:I(A)I(μA)B(mT)I(A)I(μA)B(mT)I(A)I(μA)B(mT)