4.3. Установка исследования эффекта резонансного поглощения, индуцированного магнитным полем

Исследование эффекта расщепления энергетического уровня атома проводится в слабом магнитном полеВ = 1…3 мТл с использованием спектрометра ЭПР, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.2. Твердое вещество 5, содержащее парамагнитные атомы, заполняет внутреннее пространство соленоида 4. Генератор высокочастотного ( ~ 10⁷ Гц) напряжения 6, подключенный к соленоиду, создает в исследуемом образце электромагнитное поле, индуцирующее квантовые переходы атомов между зеемановскими подуровнями.

При протекании тока в кольцах Гельмгольца 2 и паре катушек 3 возникает, соответственно, постоянная В₁ и переменная B_Ω(t) компоненты магнитного поля. Вектора В₁, B_Ω (рис. 4.2) направлены вдоль оси, проходящей через геометрические центры колец Гельмгольца и катушек 3. Результирующее поле с индукцией

. (4.12)

расщепляет энергетические уровни атома на систему зеемановских подуровней. Кольца Гельмгольца подключены к регулируемому источнику 1 постоянного тока. В окрестности геометрического центра двух колец создается однородное магнитное поле, индукция которого определяется соотношением

, (4.13)

где n = 200 – число витков на одном кольце, I – сила постоянного тока, R = 0.097 м – средний радиус кольца.

Спектрометр ЭПР регистрирует зависимость энергии электромагнитного поля, поглощаемого образцом, от времени при сканировании с частотой Ω = 50 Гц модуляционного поля , которое создается при помощидополнительных (модуляционных) катушек3, причем амплитуда модуляции . Из рис. 4.3, авидно, что за период модуляцииТ= 0,02 с резонансное поглощение при выполненииравенства возникает дважды между моментами времении , и , рис. 4.3,б.

Соленоид с исследуемым образцом 5 входит в состав LC-контура генератора (автодина) слабого высокочастотного напряжения 6. Перестройка частоты  генератора напряжения достигается за счет изменения электрической емкости С. происходит при увеличении диэлектрических потерь в LC-контуре. В обычных условиях (вне резонанса) амплитуда колебаний автодина неизменна (рис. 4.4, а). При вхождении в резонанс часть энергии электромагнитного поля катушки поглощается образцом, при этом уменьшается добротность LC-контура, следовательно, происходит уменьшение амплитуды сигнала автодина.

При периодическом прохождении резонанса, как показано на рис. 4.3, напряжение на LC-контуpe автодина становится модулированным (рис. 4.4, б) с амплитудой модуляции U_m. Это переменное напряжение после усиления подается на y-вход осциллографа 8; развертка осциллографа синхронизирована с током модуляционного генератора 7.

3.4. Задание для подготовки к работе

1. Детально изучить закономерности сложения механических и магнитных моментов электронов в атомах и принципы ЭПР. Представить в первой части отчета основные соотношения, относящиеся к изучаемым закономерностям.

2. Проанализировать блок-схему экспериментальной установки и метод наблюдения сигналов резонансного поглощения. Познакомиться с порядком работы с помощью магнитометра Ш1-1, частотомера, управляемого источника напряжения.

3. Оценить частоту резонансного поглощения электромагнитного поля при двух (В = 0,3 Тл; 3 мТл) значениях индукции магнитного поля. Расчет произвести с применением соотношений (4.10), (4.11) при значении фактора Ланде .

4. Выполнить индивидуальное задание №3.