【摘要】：電子順磁共振技術是一種直接檢測和研究含有未成對電子樣品的特性的波譜學方法。微波器件和電子學的不斷發(fā)展和完善,不僅使現(xiàn)代通信方式發(fā)生了革命性的變化,也推動了電子順磁共振譜儀硬件的發(fā)展。更高的微波頻率和不斷改進的降噪方案導致了各種性能優(yōu)異的電子順磁共振譜儀不斷出現(xiàn)。但是,譜儀基本的工作原理多年來一直保持不變,傳統(tǒng)的電子順磁共振譜儀探頭部分是使用高品質(zhì)因子的諧振腔來完成的,這就意味著傳統(tǒng)電子順磁共振譜儀只能工作在窄頻段上,對一些科學研究實驗來說,就無法滿足需求。在本工作中,首先分析了傳統(tǒng)技術的局限性,論證了寬帶電子順磁共振技術的優(yōu)勢和必要性。針對上述需求,在現(xiàn)有電子順磁共振技術的基礎上,給出了一種寬帶高靈敏度的電子順磁共振譜儀設計方案。自主設計譜儀分為四個系統(tǒng):微波橋系統(tǒng)、探頭、調(diào)制場系統(tǒng)和電磁場系統(tǒng)。譜儀的微波橋系統(tǒng)采用寬帶的微波元器件,探頭以共面波導結構為基礎設計,實現(xiàn)了 2-12 GHz內(nèi)的寬帶電子順磁共振探測。本文對微波橋系統(tǒng)上的關鍵元器件進行了分析,討論目前譜儀上存在的潛在問題,并且給出了可行的改進方案。本文介紹了自制寬帶電子順磁共振譜儀的測試過程和結果。測試結果顯示,自制譜儀的工作頻率范圍可達2-12 GHz,達到了設計需求。給出了自制譜儀在各個頻點的靈敏度,在2 GHz處,靈敏度可達4.6 ×1013 spins ·Hz-1/2·Gauss-1,在 10 GHz 處,靈敏度可達4.5 × 1012 spins · Hz-1/2· Gauss-1,在 12 GHz 處,靈敏度可達3.5 × 1012 spins · Hz-1/2·Gauss-1。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH834
【圖文】：

子在外磁場中能級分裂圖。爪５為電子的自旋量子數(shù)，ＡＥ代表兩能級之間的圖所示，一般稱兩個能級為塞曼能級，兩個能級之間的能級差。逡逑共振條件逡逑直于外磁場５。的方向，施加特定頻率的電磁波可以激發(fā)兩個塞遷。如果電磁波的能量與能級之間的間距相匹配，則粒子就可能發(fā)生。這就是我們通常所講的電子順磁共振實驗的共振ｈｖ邋＝邋ｇｅＰｅＢ邋０中ｈ為普朗克常數(shù)，其值ｈ邋＝邋６．６２６ｘｌ０＿３４廠ｓ邋，邋ｖ為電磁波茲（Ｈｚ）。逡逑兩能級間的未成對電子發(fā)生受激躍遷，處于低能級中的電子自旋

ｎ蛋白在Ｘ波段、Ｃ波段、Ｓ波段的電子磁共振技術還被應用在有關自旋玻高的磁場會破壞這些材料的結構，所磁共振的優(yōu)勢逡逑的自旋體系來說，在電子順磁共振實時，其共振條件為式（１．３）。當樣品中分別為如ｉ和譏２。由式（Ｌ３）可知，ｇ＝ｚｇ0１￣ｇ0２－Ｊ＾：￣Ｊ＾＇２－邋Ｐｂ０１ｂ０２差ＡＢＱ滿足：逡逑－

．邋ｌｒ逡逑圖２．邋１邋ＣｕＡ邋ａｚｕｒｉｎ蛋白在Ｘ波段、Ｃ波段、Ｓ波段的電子順磁共振波譜圖Ｍ逡逑此外，低頻電子順磁共振技術還被應用在有關自旋玻璃［３５］、近藤效應［３６］等逡逑材料的研宄中，由于較高的磁場會破壞這些材料的結構，所以適合在低頻處進行逡逑電子順磁共振實驗。逡逑２．１．２高頻電子順磁共振的優(yōu)勢逡逑對于一個各向同性的自旋體系來說，在電子順磁共振實驗中，僅考慮塞曼項，逡逑不考慮其他相互作用項時，其共振條件為式（１．３）。當樣品中含有兩種不同的順磁逡逑結構時，它們的ｇ因子分別為如ｉ和譏２。由式（Ｌ３）可知，ｇ因子之差可以表示為：逡逑８ｇ＝ｚｇ0１￣ｇ0２－Ｊ＾：￣Ｊ＾＇２－邋Ｐｂ０１ｂ０２邐（２．２）逡逑它們對應的共振場差ＡＢＱ滿足：逡逑Ａ５0邋＝邋（ｙ）．（＾0ｒ１－＾0２－１）邐（２．３）逡逑如果兩個ｇ因子的值比較接近，這時對應的值也就比較小，兩種結構對逡逑電子順磁共振譜圖的貢獻就難以區(qū)分開來。但是，隨著頻率ｖ的提高，值也逡逑就會不斷增大

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 榮星;脈沖電子順磁共振譜儀研制及應用[D];中國科學技術大學;2011年

相關碩士學位論文 前2條

1 蔣振;寬帶高轉(zhuǎn)化效率輻射結構設計研究[D];中國科學技術大學;2016年

2 王梓翔;脈沖式電子順磁共振譜儀的集成化設計[D];中國科學技術大學;2014年

本文編號：2758480