Главная > КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ (И.Е.Иродов)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Выше было установлено, что у парамагнитного атома в магнитном поле каждый уровень с квантовым числом $J$ расщепляется на $2 J+1$ подуровней (число возможных $m_{J}$ ). Пря этом интервал между соседними подуровнями, как следует из (7.12), равен $\delta E=\mu_{\mathrm{B}} g B$, ибо $\left|\delta m_{J}\right|=1$.

Если на атом, находящийся в таком состоянии, направить электромагнитную волну с частотой $\omega$, удовлетворяющей условию
\[
\hbar \omega=\delta E=\mu_{\mathrm{B}} g B,
\]

то под действием магнитной составляющей падающей волны в согласии с правилом отбора (7.13) будут происходить переходы атома между соседними подуровнями, принадлежащими одному и тому же уровню. Это явление, связанное с вынужденными переходами, впервые наблюдал Е.К. Завойский (1944). Оно и получило название электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в связи с тем, что имеет резонансный характер: переходы возникают при строго определенной частоте падающей волны.

Оценим с помощью (7.19) резонансную частоту $v$ при типичной для лабораторных условий индукции магнитного поля $B=10^{4}$ Гс (1 Тл). Полагая $\mathrm{g} \sim 1$, получим:
\[
v=\frac{\omega}{2 \pi}=\frac{\mu_{\mathrm{B}} B}{2 \pi \hbar} \approx 10^{10} \Gamma \mathrm{ц},
\]

что соответствует длине волны порядка нескольких сантиметров. Значит, резонансные частоты находятся в радиодиапазоне. Их называют СВЧ.

Необходимо заметить, что при резонансе энергия передается не только от поля к атому, но и в обратном направлении – при переходе атома с более высоких зеемановских подуровней на более низкие. Однако при тепловом равновесии число атомов с меньшей энергией превышает число атомов с большей энергией. Поэтому переходы, увеличивающие энергию атомов, преобладают над переходами в обратном направлении. Так что в результате парамагнетик поглощает энергию радиочастотного поля и нагревается.

Эксперименты с ЭПР дают возможность из условия резонанса (7.19) определить одну из величин – $g, B$, $\omega_{\text {рез }}$ – по известным остальным величинам. Например, измерив с высокой точностью индукцию поля $B$ и $\omega_{\text {рез }}$, с помощью ЭПР можно найти
* Отметим, что сначала наблюдался ядерный магнитный резонанс, Раби (1938).

значение $g$, а затем и магнитный момент атома в состоянии с квантовым числом $J$.

В жидкостях и кристаллах атомы не являются изолированными, так как взаимодействуют с другими атомами. Это взаимодействие приводит к тому, что интервалы между соседними подуровнями зеемановского расщедления оказываются различными, и линии ЭПР имеют конечную ширину.

Для исследований ЭПР применяют приборы, называемые $р a$ диоспектроскопами. В них частота $\omega$ поддерживается постоянной, а изменяется в широких пределах индукция магнитного поля $B$, создаваемого электромагнитом NS (рис. 7.7).
Небольшой образец $A$ помещают в объемный резонатор $R$, настроенный на длину волны $\lambda \sim 3$ см. Радиоволны такой длины, создаваемые генератором $\Gamma$, подводятся к резонатору $R$ че-
Рис. 7.7 рез волновод $V$ (трубку с проводящими стенками). После частичного поглощения в образце $A$ они поступают тоже через волновод $V$ на детектор $D$.

В ходе эксперимента плавно изменяется магнитное поле, создаваемое электромагнитом. При значении индукции $B$, удовлетворяющем условию (7.19), наблюдается интенсивное (резонансное) поглощение волны образцом.

Следует отметить, что ЭПР – это один из самых простых, но не единственный метод радиоспектроскопии, которая позволяет раскрывать многие тонкие особенности строения вещества. Для радиоспектроскопических методов характерна весьма высокая разрешающая способность, в сотни тысяч раз превышающая разрешающую способность оптических методов.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru