Установка исследования эффекта резонансного поглощения, индуцированного магнитным полем

Исследование эффекта расщепления энергетического уровня атома про- водится в слабом магнитном полеВ= 1…3 мТл с использованием спектро- метра ЭПР, принципиальная схема которого приведена на рис. 13.2. Твердое вещество5, содержащее парамагнитныеатомы, заполняет внутреннеепро-

странство соленоида4.Генератор высокочастотного(~10⁷Гц)

напряжения6,

подключенный к соленоиду, создает в исследуемом образце электромагнит-

ное поле, индуцирующееквантовыепереходы _{x y}

атомов между зеемановскими подуровнями.

При протекании тока в кольцах Гельм- гольца2и паре катушек3возникает, соответ-

ственно, постояннаяВ₁и переменнаяB_(t) ⁵

компоненты магнитного поля.Векторы

В₁, ⁴

B_{(рис. 13.2) направлены вдоль оси, прохо-}

дящей через геометрические центры колец 3

Гельмгольца и катушек3. Результирующее по- ле с индукцией

BB_1B_(t)

(13.12) ²

расщепляет энергетические уровни атома на систему зеемановских подуровней. Кольца Гельмгольца подключены к регулируемому источнику1постоянного тока. В окрестности геометрического центра двух колец создается однородное магнитное поле, индукция которо- го определяется соотношением

Рис. 13.2. Схема спектрометра для исследования резонансного поглощения энергии электромагнитного поля радиодиапазона

B₁910^7nIR^{, (13.13)}

гдеn= 200 – число витков на одном кольце;I– сила постоянноготока;

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

B_(t)B_msint, которое создается при

помощи дополнительных (модуляционных) катушек3, причем амплитуда

модуляции

B_mB

2. Из рис. 13.3,авидно, что за периодмодуляции

Т= 0.02 с резонансное поглощение при выполнении равенства

h₀g_BB₀

возникает дважды между моментами времениt₁иt₂,t₃иt₄, рис. 13.3,б.

Соленоид с исследуемым образцом5входит в составLC-контура гене- ратора (автодина) слабого высокочастотного напряжения6. Перестройка час- тотыгенератора напряжения достигается за счет изменения электрической емкостиСпроисходит при увеличении диэлектрических потерь вLC-кон- туре. В обычных условиях (вне резонанса) амплитуда колебаний автодина неизменна (рис. 13.4,а). При вхождении в резонанс часть энергии электро-

магнитного поля катушки поглощается образцом, при этом уменьшается добротностьLC-контура, а следовательно, происходит уменьшение амплиту- ды сигнала автодина.

^Wпогл ^ULC

δB

B_{0 B}

t₁

^t3t2 T

t₄

t

2U_m

t

_t B_m

a ^б _б

Рис. 13.3. Динамический метод регистрации сигналов ЭПР

Рис. 13.4. Напряжение на LC-контуре:

а– вне ЭПР,б– при прохождении ЭПР

При периодическом прохождении резонанса, как показано на рис. 13.3, напряжение наLC-контуpe автодина становится модулированным (рис.

4. ,б) с амплитудоймодуляции

U_m. Это переменное напряжение после

усиления подается наy-вход осциллографа8; развертка осциллографа син- хронизирована с током модуляционного генератора7.